JP6335676B2 - Substrate type optical waveguide device - Google Patents

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Description

本発明は、基板型光導波路素子に関する。   The present invention relates to a substrate type optical waveguide device.

現在、光通信で伝送される情報量は増加の一途を辿っている。こうした情報量の増加に対応するため、信号速度の高速化や、波長多重通信によるチャネル数の増設といった対策が進められている。特に、高速度の情報通信を目的とした次世代の100Gbpsデジタルコヒーレント伝送技術においては、電界が直交する2つの偏波モードに情報を載せる偏波多重方式が利用されている。この偏波多重方式においては、単一の偏波を利用した光伝送システムと比較して単位時間当たりの情報量を2倍にすることができる。   Currently, the amount of information transmitted by optical communication is steadily increasing. In order to cope with such an increase in the amount of information, measures such as increasing the signal speed and increasing the number of channels by wavelength division multiplexing are being promoted. In particular, in the next-generation 100 Gbps digital coherent transmission technology for the purpose of high-speed information communication, a polarization multiplexing scheme that places information in two polarization modes in which electric fields are orthogonal is used. In this polarization multiplexing system, the amount of information per unit time can be doubled compared to an optical transmission system using a single polarization.

しかしながら、偏波多重方式を含む高速通信用の光変調方式では、複雑な光変調器が必要となるため、装置の大型化及び高額化といった問題が生じてしまう。こうした問題に対して、基板型光導波路素子を用いた光変調器の研究が行われている。   However, the optical modulation system for high-speed communication including the polarization multiplexing system requires a complicated optical modulator, which causes problems such as an increase in size and cost of the apparatus. In order to solve such a problem, research on an optical modulator using a substrate type optical waveguide element has been conducted.

基板型光導波路素子の一例として、基板の上に、シリコン(Si)からなるコアと、コアよりも屈折率が小さい石英(SiO)からなるクラッドとを有する導波路を備えたものがある。このようなSiを用いた基板型光導波路素子は、加工が容易で屈折率が高いSiを材料として用いることで、集積化による小型化や、大量生産による低コスト化等のメリットを持つ。 As an example of the substrate-type optical waveguide element, there is one including a waveguide having a core made of silicon (Si) and a clad made of quartz (SiO 2 ) having a refractive index smaller than that of the core on the substrate. Such a substrate type optical waveguide device using Si has advantages such as miniaturization by integration and cost reduction by mass production by using Si, which is easy to process and has a high refractive index, as a material.

ところで、このような基板型光導波路素子を用いた偏波多重方式を含む光変調器には、次のような問題点がある。すなわち、基板型光導波路素子では、導波路を形成するコアの横断面形状が、基板に対して平行な方向(幅方向)と基板に対して垂直な方向(厚み方向)で非対称となるのが一般的である。このため、電界の主成分が基板の面内方向となる偏波モード(TEモードという。)と、磁界の主成分が基板の面内方向(電界の主成分が基板の垂直方向)となる偏波モード(TMモードという。)との間で、実効屈折率などの特性が異なっている。   Incidentally, an optical modulator including a polarization multiplexing system using such a substrate type optical waveguide device has the following problems. That is, in the substrate-type optical waveguide device, the cross-sectional shape of the core forming the waveguide is asymmetric in the direction parallel to the substrate (width direction) and the direction perpendicular to the substrate (thickness direction). It is common. Therefore, a polarization mode (TE mode) in which the main component of the electric field is the in-plane direction of the substrate and a polarization mode in which the main component of the magnetic field is the in-plane direction of the substrate (the main component of the electric field is the vertical direction of the substrate). Characteristics such as the effective refractive index differ from those of the wave mode (referred to as TM mode).

これら2つの偏波モードの中で多くの場合に使用されるのは、TEモードとTMモードである。このうち、TEモードは、TEモードの中で実効屈折率が一番大きいモードであり、TMモードは、TMモードの中で実効屈折率が一番大きいモードである。 Of these two polarization modes, the TE 0 mode and the TM 0 mode are often used. Among these, the TE 0 mode is the mode having the largest effective refractive index among the TE modes, and the TM 0 mode is the mode having the largest effective refractive index among the TM modes.

また、光デバイスの基本的な構成要素の一つに、光の合波又は分波を行う分岐導波路(合波導波路又は分波導波路)がある。その中でも、Y分岐導波路が一般的に知られている。ここで、図35(A),(B),(C)に示すY分岐導波路について説明する。なお、図35(A)は、Y分岐導波路を示す平面図である。図35(B)は、図35(A)中に示すZ−ZによるY分岐導波路の断面図である。図35(C)は、図35(A)中に示す囲み部分Cを拡大して示す平面図である。 One of the basic components of an optical device is a branching waveguide (multiplexing waveguide or demultiplexing waveguide) that combines or demultiplexes light. Among them, the Y branch waveguide is generally known. Here, the Y branch waveguide shown in FIGS. 35A, 35B, and 35C will be described. FIG. 35A is a plan view showing a Y-branch waveguide. FIG. 35B is a cross-sectional view of the Y branch waveguide by Z 7 -Z 7 shown in FIG. FIG. 35C is an enlarged plan view showing the encircling portion C shown in FIG.

図35(A),(B)に示すY分岐導波路は、2つの入力導波路201,202と、これら2つの入力導波路201,202の一端に他端を接続した1つの出力導波路203とを形成するコア204と、コア204を覆うと共にコア204よりも屈折率が小さいクラッド205とを備えている。コア204は、下部クラッド205の面上において、Siからなる断面矩形状の各導波路(いわゆる矩形導波路)201,202,203を形成している。クラッド205は、SiO等からなる下部クラッド206と、空気層やSiO等からなる上部クラッド207とから構成されている。上部クラッド207は、各導波路201,202,203が形成された下部クラッド206の面上を覆っている。 35 (A) and 35 (B) includes two input waveguides 201 and 202, and one output waveguide 203 in which the other end is connected to one end of these two input waveguides 201 and 202. And a clad 205 that covers the core 204 and has a refractive index lower than that of the core 204. The core 204 forms waveguides 201, 202, and 203 having a rectangular cross section made of Si (so-called rectangular waveguides) 201, 202, and 203 on the surface of the lower clad 205. Cladding 205 includes a lower clad 206 made of SiO 2 or the like, and an upper clad 207 formed of an air layer or SiO 2 or the like. The upper clad 207 covers the surface of the lower clad 206 on which the waveguides 201, 202, and 203 are formed.

図35(A),(B)に示すY分岐導波路では、2つの並列した入力導波路201,202を出力導波路203に接続される側(一端側)に向かって徐々に接近させながら、出力導波路203に連続的に接続することで、原理的には低損失な合波が可能となっている。   In the Y branch waveguide shown in FIGS. 35A and 35B, the two parallel input waveguides 201 and 202 are gradually approached toward the side (one end side) connected to the output waveguide 203, In principle, low loss multiplexing is possible by connecting to the output waveguide 203 continuously.

しかしながら、このようなY分岐導波路を作製する場合、2つの入力導波路201,202を出力導波路203に接続する部分において、理想的には図35(A)中に示す囲み部分Cのように、2つの入力導波路201,202の間を鋭角に接続する必要があるものの、実際の製造プロセスでは、このような分岐導波路構造を精度良く作製することは困難である。すなわち、実際の分岐導波路構造では、図35(C)に示すように、2つの入力導波路201,202の間が鋭角となる手前で接続された状態となる。このため、2つの入力導波路201,202を出力導波路203に接続する部分での損失が増加してしまう。   However, when such a Y-branch waveguide is manufactured, in a portion where the two input waveguides 201 and 202 are connected to the output waveguide 203, ideally, the enclosed portion C shown in FIG. Although it is necessary to connect the two input waveguides 201 and 202 at an acute angle, it is difficult to manufacture such a branched waveguide structure with high accuracy in an actual manufacturing process. In other words, in the actual branching waveguide structure, as shown in FIG. 35C, the two input waveguides 201 and 202 are connected in front of an acute angle. For this reason, the loss in the part which connects the two input waveguides 201 and 202 to the output waveguide 203 will increase.

一方、製造が容易で比較的低損失な分岐導波路構造として、下記非特許文献1に記載のY分岐導波路が挙げられる。ここで、下記非特許文献1に記載のY分岐導波路について、図36(A),(B),(C)を参照して説明する。なお、図36(A)は、下記非特許文献1に記載のY分岐導波路を示す平面図である。図36(B)は、図36(A)中に示すZ−ZによるY分岐導波路の断面図である。図36(C)は、図36(A)中に示すZ−ZによるY分岐導波路の断面図である。 On the other hand, a Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1 below can be given as a branch waveguide structure that is easy to manufacture and has a relatively low loss. Here, the Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1 below will be described with reference to FIGS. 36 (A), (B), and (C). FIG. 36A is a plan view showing a Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1 below. FIG. 36B is a cross-sectional view of the Y branch waveguide by Z 8 -Z 8 shown in FIG. FIG. 36C is a cross-sectional view of the Y branch waveguide by Z 9 -Z 9 shown in FIG.

図36(A),(B),(C)に示すY分岐導波路は、2つの入力導波路301,302と、これら2つの入力導波路301,302の一端に他端を接続した1つの出力導波路303とを形成するコア304と、コア304を覆うと共にコア304よりも屈折率が小さいクラッド305とを備えている。コア304は、下部クラッド305の面上において、例えばSiOからなる断面矩形状の各導波路(いわゆる矩形導波路)301,302,303を形成している。クラッド305は、SiOからなる下部クラッド306と、空気層又はSiOからなる上部クラッド307とから構成されている。上部クラッド307は、各導波路301,302,303が形成された下部クラッド306の面上を覆っている。 36 (A), (B), and (C), the Y branch waveguide has two input waveguides 301 and 302, and one of the two input waveguides 301 and 302 connected to the other end. A core 304 that forms the output waveguide 303 and a clad 305 that covers the core 304 and has a lower refractive index than the core 304 are provided. The core 304, on the plane of the lower clad 305, for example to form a rectangular cross section of each waveguide (the so-called rectangular waveguides) 301, 302, and 303 made of SiO 2. Cladding 305 includes a lower clad 306 made of SiO 2, and an upper clad 307 formed of an air layer or SiO 2. The upper clad 307 covers the surface of the lower clad 306 in which the respective waveguides 301, 302, and 303 are formed.

図36(A),(B),(C)に示すY分岐導波路では、2つの並列した入力導波路301,302を平行(互いの間隔を一定)としたまま、出力導波路303に不連続的に接続している。また、入力導波路301,302の出力導波路303に接続される直前の電界分布が、出力導波路303の電界分布と効率良く結合するように、出力導波路303が2つの入力導波路301,302よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、出力導波路303の幅は、2つの入力導波路301,302の幅と、2つの入力導波路301,302の間隔との合計よりも大きくなっている。   In the Y-branch waveguide shown in FIGS. 36A, 36B, and 36C, the two parallel input waveguides 301 and 302 are not parallel to the output waveguide 303 while being kept parallel to each other. Connected continuously. Further, the output waveguide 303 has two input waveguides 301, 302 so that the electric field distribution immediately before being connected to the output waveguide 303 of the input waveguides 301, 302 is efficiently coupled to the electric field distribution of the output waveguide 303. It has a wide shape protruding from both sides in the width direction from 302. That is, the width of the output waveguide 303 is larger than the sum of the width of the two input waveguides 301 and 302 and the distance between the two input waveguides 301 and 302.

松浦祐司他、「新構造Y分岐素子の低損失化」、1994年電子情報通信学会春季大会、C−330、1994年4月Yuji Matsuura et al., “Low-loss Y-branch device with new structure”, 1994 IEICE Spring Conference, C-330, April 1994

ところで、上述した非特許文献1に記載のY分岐導波路において、出力導波路303の中央に集中した電界分布を持つTEモードの光を高効率に結合させるためには、一方の入力導波路301に入力したTEモードの光が隣接する他方の入力導波路302に浸み出し、これら2つの入力導波路301,302の中央に寄った電界分布を持つ必要がある。 By the way, in the Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1 described above, in order to efficiently couple TE 0 mode light having an electric field distribution concentrated at the center of the output waveguide 303, one input waveguide is used. It is necessary that the TE 0 mode light input to 301 oozes into the other adjacent input waveguide 302 and has an electric field distribution that approaches the center of these two input waveguides 301 and 302.

しかしながら、非特許文献1に記載のY分岐導波路では、入力導波路301,302及び出力導波路303が、上述した断面矩形状のコア304からなる矩形導波路によって構成されているため、コア304の幅方向に対する光の閉じ込めが強く、隣接した導波路への光の浸み出しが弱くなっている。この場合、2つの入力導波路301,302と出力導波路301との電界分布の重なりが弱くなるため、低損失な合波が困難となるといった問題がある。特に、基板型光導波路素子では、Siからなるコアと、SiO(空気層を含む。)からなるクラッドとの間で高い屈折率差を有することから、コアへの光の閉じ込めが強く、上述した問題が顕著である。 However, in the Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1, since the input waveguides 301 and 302 and the output waveguide 303 are configured by the rectangular waveguide composed of the core 304 having the rectangular cross section described above, the core 304 Light confinement in the width direction of the light is strong, and light penetration into the adjacent waveguide is weak. In this case, since the overlap of the electric field distribution between the two input waveguides 301 and 302 and the output waveguide 301 becomes weak, there is a problem that it is difficult to multiplex with low loss. In particular, the substrate type optical waveguide element has a high refractive index difference between the core made of Si and the clad made of SiO 2 (including the air layer), so that the light is strongly confined in the core. The problem is remarkable.

本発明の一つの態様は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、低損失な光の合波又は分波を行うことが可能な基板型光導波路素子、並びにそのような基板型光導波路素子を用いた光変調器、光変調器のモニター構造、及び出力偏波変換素子を提供することを目的の一つとする。   One aspect of the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and is a substrate-type optical waveguide element capable of multiplexing or demultiplexing low-loss light, and such An object is to provide an optical modulator using a substrate type optical waveguide element, a monitor structure of the optical modulator, and an output polarization conversion element.

上記目的を達成するために、本発明の一つの態様に係る基板型光導波路素子は、基板の上に、コアと、前記コアを覆うと共に前記コアよりも屈折率が小さいクラッドと、を備える基板型光導波路素子であって、互いに平行に並列した第1の導波路及び第2の導波路と、前記第1の導波路及び前記第2の導波路の一端に他端が接続された第3の導波路とを有する分岐導波路構造を備える。前記コアは、前記第1の導波路を形成する断面矩形状の第1のリブ部と、前記第2の導波路を形成する断面矩形状の第2のリブ部と、前記第3の導波路を形成する断面矩形状の第3のリブ部と、前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部よりも低い高さで、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部と前記第3のリブ部との間で共有されるスラブ部と、を有する。前記第1の導波路及び前記第2の導波路は、前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の幅がそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔が前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成している。前記第3の導波路は、前記第3のリブ部の幅方向の中心と前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の幅方向の中心とが一致し、且つ、前記第1のリブ部の幅と、前記第2のリブ部の幅と、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔との合計よりも前記第3のリブ部の幅が大きい直線状の導波路を形成している。   In order to achieve the above object, a substrate-type optical waveguide device according to one aspect of the present invention includes a substrate and a core that covers the core and has a refractive index smaller than that of the core on the substrate. A first optical waveguide element and a second waveguide parallel to each other, and a third optical waveguide element having the other end connected to one end of the first waveguide and the second waveguide. A branched waveguide structure having a plurality of waveguides. The core includes a first rib portion having a rectangular cross section forming the first waveguide, a second rib portion having a rectangular cross section forming the second waveguide, and the third waveguide. A third rib portion having a rectangular cross-section forming the first rib portion, the second rib portion, and the second rib portion at a height lower than the first rib portion and the second rib portion. And a slab portion shared between the three rib portions. In the first waveguide and the second waveguide, the widths of the first rib portion and the second rib portion are constant in the respective length directions, and the first rib portion and the second waveguide portion are A linear waveguide is formed in which the distance between the second rib portion is constant in the length direction of the first rib portion and the second rib portion. In the third waveguide, the center in the width direction of the third rib portion coincides with the center in the width direction between the first rib portion and the second rib portion, and the third waveguide The width of the third rib portion is greater than the sum of the width of the first rib portion, the width of the second rib portion, and the distance between the first rib portion and the second rib portion. A large linear waveguide is formed.

また、前記基板型光導波路素子において、前記スラブ部は、前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられている構成であってもよい。   In the substrate-type optical waveguide element, the slab portion may be provided continuously on both sides in the width direction of the first rib portion and the second rib portion.

また、前記基板型光導波路素子において、前記スラブ部は、前記第3のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられている構成であってもよい。   In the substrate-type optical waveguide element, the slab portion may be provided continuously on both sides in the width direction of the third rib portion.

また、前記基板型光導波路素子は、前記第1の導波路と前記第2の導波路との何れか一方又は両方の他端に一端が接続された曲げ導波路を有し、前記曲げ導波路は、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との何れか一方又は両方を面内で曲げることによって、その他端側から一端側に向かって前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔が連続的に小さくなる形状を有する構成であってもよい。   The substrate-type optical waveguide element has a bent waveguide having one end connected to the other end of either the first waveguide or the second waveguide, or both of the bent waveguide. The first rib portion and the second rib portion are bent from the other end side toward the one end side by bending either or both of the first rib portion and the second rib portion in a plane. The structure which has a shape where the space | interval between rib parts becomes small continuously may be sufficient.

また、前記基板型光導波路素子は、前記曲げ導波路の他端に一端が接続されたテーパ導波路を有し、前記テーパ導波路は、前記第1のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第1のスラブ部と、前記第2のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第2のスラブ部とを有し、前記第1のスラブ部と前記第2のスラブ部とは、前記スラブ部に連続して設けられ、且つ、それぞれの幅が前記スラブ部に向かって連続的に大きくなる形状を有する構成であってもよい。   The substrate-type optical waveguide element has a tapered waveguide having one end connected to the other end of the bending waveguide, and the tapered waveguide is formed on one side or both sides in the width direction of the first rib portion. A first slab portion provided continuously, and a second slab portion provided continuously on one side or both sides in the width direction of the second rib portion, and the first slab portion, The second slab portion may be configured to be continuously provided in the slab portion and have a shape in which each width continuously increases toward the slab portion.

また、前記基板型光導波路素子は、前記第3の導波路の一端に他端が接続された第4の導波路を有し、前記コアは、前記第4の導波路を形成する断面矩形状の第3のリブ部を有し、前記第4の導波路は、前記第3の導波路に接続される側とは反対側に向かって前記第3のリブ部の幅が徐々に小さくなるテーパ状の導波路を形成している構成であってもよい。   The substrate-type optical waveguide element has a fourth waveguide having the other end connected to one end of the third waveguide, and the core has a rectangular cross section that forms the fourth waveguide And the fourth waveguide has a taper in which the width of the third rib portion gradually decreases toward the side opposite to the side connected to the third waveguide. The structure which forms the shape-like waveguide may be sufficient.

また、前記基板型光導波路素子において、前記コアがSiを含み、前記クラッドがSiOを含む構成であってもよい。 In the substrate-type optical waveguide element, the core may include Si and the cladding may include SiO 2 .

また、本発明の一つの態様に係る光変調器は、光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を位相変調する少なくとも1つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を備え、前記合波部に、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。   An optical modulator according to an aspect of the present invention includes an input unit to which light is input, a demultiplexing unit that demultiplexes light input from the input unit, and is demultiplexed by the demultiplexing unit At least one phase modulation unit for phase-modulating light; a multiplexing unit for multiplexing the light phase-modulated by the phase modulation unit; and an output unit for outputting the light combined by the multiplexing unit; And any one of the substrate-type optical waveguide elements is used for the multiplexing section.

また、本発明の一つの態様に係る光変調器は、光が入力される第1の入力部と、前記第1の入力部から入力された光を分波する第1の分波部と、前記第1の分波部で分波された光を位相変調する少なくとも1つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する第1の合波部と、前記第1の合波部で合波された光を出力する第1の出力部と、をそれぞれ有する第1の光変調部及び第2の光変調部と、前記第1の光変調部及び前記第2の光変調部の前段に位置して、光が入力される第2の入力部と、前記第2の入力部から入力された光を前記第1の光変調部の第1の入力部側と前記第2の光変調部の第1の入力部側とに分波する第2の分波部と、前記第1の光変調部及び前記第2の光変調部の後段に位置して、前記第1の光変調部の第1の出力部から出力された光と、前記第2の光変調部の第1の出力部から出力された光とを合波する第2の合波部と、前記第2の合波部で合波された光を出力する第2の出力部と、を備え、前記第1の合波部と前記第2の合波部との何れに、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。   An optical modulator according to one aspect of the present invention includes a first input unit to which light is input, a first demultiplexing unit that demultiplexes light input from the first input unit, At least one phase modulation unit that phase-modulates the light demultiplexed by the first demultiplexing unit, a first multiplexing unit that multiplexes the light phase-modulated by the phase modulation unit, and A first output unit that outputs light combined by the first combining unit, a first light modulation unit, a second light modulation unit, and the first light modulation unit and the first light modulation unit, respectively. A second input unit to which light is input and the light input from the second input unit on the first input unit side of the first light modulation unit And a second demultiplexing unit for demultiplexing to the first input unit side of the second light modulation unit, and a stage subsequent to the first light modulation unit and the second light modulation unit, The first light change A second combining unit that combines the light output from the first output unit of the unit and the light output from the first output unit of the second light modulation unit, and the second combining unit. A second output unit that outputs light combined by the wave unit, and any one of the first combining unit and the second combining unit includes any one of the substrate-type optical waveguide elements It is characterized by using.

また、前記光変調器は、前記第1の光変調部と前記第2の光変調部との何れか一方の前記第1の合波部から出力された光の位相差を調整する位相調整部を備える構成であってもよい。   The optical modulator adjusts a phase difference of the light output from the first multiplexing unit of either the first optical modulation unit or the second optical modulation unit. May be provided.

また、本発明の一つの態様に係る光変調器のモニター構造は、前記何れかの光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で、実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光と、実効屈折率が2番目に高いモードをTEモードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記TEモードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、前記出力部の後段に位置して、前記TEモードの光を分離する高次モードスプリッタと、前記高次モードスプリッタで分離された前記TEモードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。 The monitor structure for an optical modulator according to one aspect of the present invention is the optical modulator having any of the above optical modulators, wherein the effective refractive index is the largest in the TE mode in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate. When the TE 0 mode light representing the mode and the TE 1 mode light having the second highest effective refractive index are simultaneously output from the output unit, the TE 1 mode light is separated and detected. a monitoring structure of the optical modulator, the located downstream of the output section, and the high-order mode splitter for separating the light of the TE 1 mode, the light of the above TE 1 mode that has been separated in the higher mode splitter And a photodetector for detecting.

また、本発明の一つの態様に係る光変調器のモニター構造は、前記何れかの光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で、実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光と、実効屈折率が2番目に高いモードをTEモードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記TEモードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるTMモードの中で実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光に変換した後、前記TEモードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、前記TEモードの光を前記TEモードの光に変換する高次偏波変換部と、前記TEモードの光を分離する偏波ビームスプリッタと、前記偏波ビームスプリッタで分離された前記TEモードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする。 The monitor structure for an optical modulator according to one aspect of the present invention is the optical modulator having any of the above optical modulators, wherein the effective refractive index is the largest in the TE mode in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate. When the TE 0 mode light representing the mode and the TE 1 mode light having the second highest effective refractive index are simultaneously output from the output unit, the TE 1 mode light is converted into the electric field by the substrate. This is a monitor structure of an optical modulator that separates and detects the TE 0 mode light after it is converted to TE 0 mode light, which represents the mode with the largest effective refractive index in the TM mode in the vertical direction. The high-order polarization converter that converts the TE 1- mode light into the TE 0- mode light, the polarization beam splitter that separates the TE 0- mode light, and the polarization beam splitter. of the TE 0 mode Characterized in that it comprises a photodetector for detecting a.

また、本発明の一つの態様に係る出力偏波変換素子は、光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で、実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光と、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で実効屈折率が2番目に高いモードをTEモードの光を、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光に変換する高次偏波変換部と、前記分波部で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部と、を備え、前記合波部に、前記何れかの基板型光導波路素子を用いることを特徴とする。 An output polarization conversion element according to one aspect of the present invention includes an input unit to which light is input, a demultiplexing unit that demultiplexes light input from the input unit, and demultiplexing by the demultiplexing unit A Mach-Zehnder interferometer having a multiplexing unit that combines the combined light and an output unit that outputs the light combined by the multiplexing unit, and a TE mode in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate. The TE 0 mode light representing the mode with the largest effective refractive index and the TE 1 mode light having the second highest effective refractive index among the TE modes in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate. A high-order polarization converter that converts light into TE 0 mode, which represents a mode having the largest effective refractive index among TE modes in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate, and is demultiplexed by the demultiplexing unit A phase adjustment unit that adjusts the phase difference of one of the received light, and Characterized by using one of the planar optical waveguide device.

また、前記出力偏波変換素子は、前記分波部で分波された光を位相変調する2つの位相変調部を備える構成であってもよい。   The output polarization conversion element may include two phase modulation units that phase-modulate the light demultiplexed by the demultiplexing unit.

以上のように、本発明の一つの態様によれば、低損失な光の合波又は分波を行うことが可能な基板型光導波路素子、並びにそのような基板型光導波路素子を用いた光変調器、光変調器のモニター構造、及び出力偏波変換素子を提供することが可能である。   As described above, according to one aspect of the present invention, a substrate-type optical waveguide device capable of multiplexing or demultiplexing low-loss light, and light using such a substrate-type optical waveguide device It is possible to provide a modulator, an optical modulator monitor structure, and an output polarization conversion element.

本発明の第1の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The substrate type optical waveguide device concerning a 1st embodiment of the present invention is shown, (A) is the top view, (B) is the sectional view in the input waveguide, (C) is the sectional view in the output waveguide. is there. 隣接する入力導波路が離れているときの偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution of the even mode (E X component) when the input waveguides adjacent apart, (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 is a graph showing the E X component at the position of [[mu] m]. 隣接する入力導波路が離れているときの奇モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained electric field distribution of the odd mode (E X component) by a simulation when the input waveguides adjacent apart, (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 is a graph showing the E X component at the position of [[mu] m]. 図2及び図3に示すシミュレーションで用いたY分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dimension of each part of the Y branch waveguide used by the simulation shown in FIG.2 and FIG.3. 隣接する入力導波路が接近しているときの偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution of the even mode (E X component) when the input waveguide adjacent is approaching, (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = is a graph showing the E X component at the position of 0 [μm]. 隣接する入力導波路が接近しているときの奇モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained electric field distribution of the odd mode (E X component) by a simulation when the input waveguide adjacent is approaching, (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = is a graph showing the E X component at the position of 0 [μm]. 図5及び図6に示すシミュレーションで用いたY分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dimension of each part of the Y branch waveguide used by the simulation shown in FIG.5 and FIG.6. 矩形導波路のTEモードによる電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution by the TE 0 mode of a rectangular waveguide (E X component), the position of (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 [μm] it is a graph showing the E X component at. 矩形導波路のTEモードによる電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution due to TE 1 mode of the rectangular waveguide (E X component), the position of (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 [μm] it is a graph showing the E X component at. 図8及び図9に示すシミュレーションで用いたY分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dimension of each part of the Y branch waveguide used by the simulation shown to FIG.8 and FIG.9. 矩形導波路を用いた分岐導波路の電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution of the branching waveguide with rectangular waveguide (E X component), (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 [μm] it is a graph showing the E X component at the position of. 半リブ導波路を用いた分岐導波路の電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフであり、(A)はその電界分布を示すグラフであり、(B)はそのY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。Is a graph obtained by simulation of an electric field distribution of the branching waveguide with half rib waveguide (E X component), (A) is a graph showing the electric field distribution, (B) is its Y = 0 [μm is a graph showing the E X component at the position of. 図11に示すシミュレーションで用いたY分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dimension of each part of the Y branch waveguide used by the simulation shown in FIG. 図12に示すシミュレーションで用いたY分岐導波路の各部の寸法の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the dimension of each part of the Y branch waveguide used in the simulation shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The substrate type | mold optical waveguide element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is shown, (A) is the top view, (B) is sectional drawing in the input waveguide, (C) is sectional drawing in the output waveguide. is there. 本発明の第3の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、(A)はその平面図、(B)はそのテーパ導波路を示す平面図、(C)はその基板型光導波路素子の変形例を示す平面図、(D)はテーパ導波路の変形例を示す平面図である。The substrate type | mold optical waveguide element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention is shown, (A) is the top view, (B) is a top view which shows the taper waveguide, (C) is the substrate type | mold optical waveguide element. The top view which shows a modification, (D) is a top view which shows the modification of a taper waveguide. 本発明の第4の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The substrate type | mold optical waveguide element which concerns on the 4th Embodiment of this invention is shown, (A) is the top view, (B) is sectional drawing in the input waveguide, (C) is sectional drawing in the output waveguide. is there. 本発明の第5の実施形態に係る基板型光導波路素子を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The substrate type | mold optical waveguide element which concerns on the 5th Embodiment of this invention is shown, (A) is the top view, (B) is sectional drawing in the input waveguide, (C) is sectional drawing in the output waveguide. is there. 本発明の第6の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器及びそのモニター構造を示し、(A)はその一例を示す模式図、(B)はその他例を示す模式図である。The Mach-Zehnder type | mold optical modulator and its monitor structure which concern on the 6th Embodiment of this invention are shown, (A) is a schematic diagram which shows the example, (B) is a schematic diagram which shows another example. 本発明の第7の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器及びそのモニター構造を示し、(A)はその一例を示す模式図、(B)はその他例を示す模式図である。The Mach-Zehnder type | mold optical modulator and its monitor structure which concern on the 7th Embodiment of this invention are shown, (A) is a schematic diagram which shows the example, (B) is a schematic diagram which shows another example. 本発明の第8の実施形態に係るマッハツェンダ型出力偏波変換素子を示し、(A)はその一例を示す模式図、(B)はその他例を示す模式図である。The Mach-Zehnder type output polarization conversion element concerning the 8th Embodiment of this invention is shown, (A) is a schematic diagram which shows the example, (B) is a schematic diagram which shows another example. 実施例1のY分岐導波路における各部の寸法を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The dimension of each part in the Y branch waveguide of Example 1 is shown, (A) is a plan view thereof, (B) is a sectional view in the input waveguide, and (C) is a sectional view in the output waveguide. 実施例1の出力導波路の幅Xに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。6 is a graph showing a change in excess loss with respect to the width X of the output waveguide of Example 1 obtained by simulation. 実施例1の偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。It is a graph showing the excess loss at the time of conversion to the TE 0 mode from the even mode of the first embodiment. 実施例1の奇モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。Is a graph showing the excess loss at the time of conversion to TE 1 mode from the odd mode of the first embodiment. 実施例1のY分岐導波路における電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。3 is a graph obtained by simulating the electric field distribution in the Y-branch waveguide of Example 1. 実施例1における位相差が0radの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。It is the graph which calculated | required the electric field distribution in case the phase difference in Example 1 is 0 rad by simulation. 実施例1における位相差がπradの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフである。It is the graph which calculated | required the electric field distribution in case the phase difference in Example 1 is (pi) rad by simulation. 比較例1のY分岐導波路における各部の寸法を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The dimension of each part in the Y branch waveguide of the comparative example 1 is shown, (A) is a plan view thereof, (B) is a sectional view of the input waveguide, and (C) is a sectional view of the output waveguide. 比較例1の出力導波路の幅Xに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。6 is a graph showing a change in excess loss with respect to the width X of the output waveguide of Comparative Example 1 obtained by simulation. 比較例1の偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。From even mode of Comparative Example 1 is a graph showing the excess loss at the time of conversion to the TE 0 mode. 比較例1の奇モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。From the odd mode of Comparative Example 1 is a graph showing the excess loss at the time of conversion to TE 1 mode. 実施例2のY分岐導波路における各部の寸法を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The dimension of each part in the Y branch waveguide of Example 2 is shown, (A) is a plan view thereof, (B) is a sectional view of the input waveguide, and (C) is a sectional view of the output waveguide. 実施例2の出力導波路の幅Xに対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフである。It is the graph which calculated | required the change of the excess loss with respect to the width | variety X of the output waveguide of Example 2 by simulation. 従来の一般的なY分岐導波路を示し、(A)はその理想的な平面図、(B)はその断面図、(C)はその要部を拡大した平面図である。A conventional general Y-branch waveguide is shown, (A) is an ideal plan view thereof, (B) is a sectional view thereof, and (C) is a plan view showing an enlarged main portion thereof. 非特許文献1に記載のY分岐導波路を示し、(A)はその平面図、(B)はその入力導波路における断面図、(C)はその出力導波路における断面図である。The Y branch waveguide of a nonpatent literature 1 is shown, (A) is the top view, (B) is sectional drawing in the input waveguide, (C) is sectional drawing in the output waveguide.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all of the following drawings, in order to make each component easy to see, the scale of the size may be changed depending on the component. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. .

(第1の実施形態)
<基板型光導波路素子>
先ず、本発明の第1の実施形態として、例えば図1(A),(B)に示す基板型光導波路素子1について説明する。なお、図1(A)は、基板型光導波路素子1を示す平面図であり、図1(B)は、図1(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子1の断面図である。図1(C)は、図1(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子1の断面図である。
(First embodiment)
<Substrate type optical waveguide device>
First, as a first embodiment of the present invention, for example, a substrate type optical waveguide device 1 shown in FIGS. 1A and 1B will be described. 1A is a plan view showing the substrate-type optical waveguide element 1, and FIG. 1B is a substrate-type optical waveguide element taken along the line segment Z 1 -Z 1 shown in FIG. 1A. FIG. FIG. 1C is a cross-sectional view of the substrate-type optical waveguide device 1 taken along line Z 2 -Z 2 shown in FIG.

図1(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子1は、基板2の上に、Y分岐導波路3を形成するコア4と、コア4を覆うと共にコア4よりも屈折率が小さいクラッド5とを備えている。Y分岐導波路3は、互いに平行に並列した第1の導波路6及び第2の導波路7と、第1の導波路6及び第2の導波路7の一端に他端が接続された第3の導波路8とを有している。   A substrate type optical waveguide device 1 shown in FIGS. 1A, 1 </ b> B, and 1 </ b> C covers a core 4 that forms a Y-branch waveguide 3 on a substrate 2, covers the core 4, and is more than the core 4. And a clad 5 having a small refractive index. The Y-branch waveguide 3 includes a first waveguide 6 and a second waveguide 7 that are parallel and parallel to each other, and one end of the first waveguide 6 and the second waveguide 7 connected to the other end. 3 waveguides 8.

基板型光導波路素子1では、例えば、Si−SiO−SiからなるSOI(Silicon on insulator)ウェハを用いて作製できる。具体的に、このSOIウェハの最上層にあるSi層を加工することで、コア4(Y分岐導波路3)を形成することができる。SOIウェハを用いた場合、最下層にあるSiが基板2となり、中間にあるSiOが後述する下部クラッド13となる。 The substrate type optical waveguide device 1 can be manufactured using, for example, an SOI (Silicon on insulator) wafer made of Si—SiO 2 —Si. Specifically, the core 4 (Y branch waveguide 3) can be formed by processing the uppermost Si layer of the SOI wafer. When using an SOI wafer, the lower clad 13 becomes Si a substrate 2 in the lowermost layer, it is SiO 2 in the middle to later.

コア4は、第1の導波路6を形成する断面矩形状の第1のリブ部9と、第2の導波路7を形成する断面矩形状の第2のリブ部10と、第3の導波路8を形成する断面矩形状の第3のリブ部11と、第1のリブ部9、第2のリブ部10及び第3のリブ部11よりも小さい厚み(低い高さ)で、第1のリブ部9と第2のリブ部10と第3のリブ部11との間で共有されるスラブ部12とを有している。   The core 4 includes a first rib portion 9 having a rectangular section that forms the first waveguide 6, a second rib portion 10 having a rectangular section that forms the second waveguide 7, and a third conductor. The third rib portion 11 having a rectangular cross section forming the waveguide 8 and the first rib portion 9, the second rib portion 10, and the third rib portion 11 are smaller in thickness (lower height) than the first rib portion 11. And a slab portion 12 shared between the second rib portion 10 and the third rib portion 11.

コア4(第1のリブ部9、第2のリブ部10、第3のリブ部11及びスラブ部12)は、クラッド5よりも屈折率が高い材料、好ましくはSiからなる。基板型光導波路素子1では、上述したSOIウェハの最上層にあるSi層を2段階でエッチングすることで、第1のリブ部9、第2のリブ部10、第3のリブ部11及びスラブ部12を一体に形成することができる。   The core 4 (the first rib portion 9, the second rib portion 10, the third rib portion 11, and the slab portion 12) is made of a material having a refractive index higher than that of the cladding 5, preferably Si. In the substrate type optical waveguide device 1, the first rib portion 9, the second rib portion 10, the third rib portion 11 and the slab are etched by etching the Si layer on the uppermost layer of the SOI wafer in two stages. The part 12 can be formed integrally.

第1の導波路6及び第2の導波路7は、第1のリブ部9及び第2のリブ部10の幅W,Wがそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間の間隔(スラブ部12の幅)Dが第1のリブ部9及び第2のリブ部10の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成している。すなわち、Y分岐導波路3において、第1の導波路6と第2の導波路7とは、同じ材質及び断面形状(幅及び厚み(高さ))を有する直線状の第1のリブ部9と第2のリブ部10とが互いに平行に並ぶことによって形成されている。また、第1のリブ部9の幅Wと第2のリブ部10の幅Wとは、同じ幅(W=W)を有している。 In the first waveguide 6 and the second waveguide 7, the widths W 1 and W 2 of the first rib portion 9 and the second rib portion 10 are constant in the respective length directions, and the first Linear waveguide in which the distance (width of the slab portion 12) D between the rib portion 9 and the second rib portion 10 is constant in the length direction of the first rib portion 9 and the second rib portion 10. Is forming. That is, in the Y-branch waveguide 3, the first waveguide 6 and the second waveguide 7 are linear first rib portions 9 having the same material and cross-sectional shape (width and thickness (height)). And the second rib portion 10 are formed in parallel with each other. Further, the width W 1 of the first rib portion 9 and the width W 2 of the second rib portion 10 has the same width (W 1 = W 2).

第3の導波路8は、第3のリブ部11の幅方向の中心Oと第1のリブ部9と第2のリブ部10との間の幅方向の中心O’が一致し、且つ、第1のリブ部9の幅Wと、第2のリブ部10の幅Wと、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間の間隔Dとの合計(W+W+D)よりも第3のリブ部11の幅Wが大きい(すなわち「W>W+W+D」の関係を満足する)直線状の導波路を形成している。すなわち、Y分岐導波路3において、第3の導波路8は、第1のリブ部9及び第2のリブ部10と同じ材質及び厚み(高さ)を有する直線状の第3のリブ部11によって形成されている。また、第3のリブ部11は、第1のリブ部9及び第2のリブ部10よりも幅方向の両側に同じ幅だけ突出した一対の突出部11a,11bを有している。 The third waveguide 8 has a center O ′ in the width direction between the third rib portion 11 and a center O ′ in the width direction between the first rib portion 9 and the second rib portion 10, and the width W 1 of the first rib portion 9, the width W 2 of the second rib portion 10, the distance sum of D (W 1 + W between the first rib portion 9 and the second rib portion 10 A linear waveguide is formed in which the width W 3 of the third rib portion 11 is larger than ( 2 + D) (that is, the relationship of “W 3 > W 1 + W 2 + D” is satisfied). That is, in the Y branch waveguide 3, the third waveguide 8 is a linear third rib portion 11 having the same material and thickness (height) as the first rib portion 9 and the second rib portion 10. Is formed by. Further, the third rib portion 11 has a pair of protruding portions 11 a and 11 b that protrude by the same width on both sides in the width direction as compared with the first rib portion 9 and the second rib portion 10.

スラブ部12は、第1のリブ部9と第2のリブ部10との互いに対向する側面の間に亘って形成されている。これにより、第1の導波路6と第2の導波路7とは、第1のリブ部9と第2のリブ部10との幅方向の片側のみにスラブ部12が設けられた半リブ導波路を形成している。   The slab part 12 is formed between the mutually opposing side surfaces of the first rib part 9 and the second rib part 10. Thus, the first waveguide 6 and the second waveguide 7 are half-rib guides in which the slab portion 12 is provided only on one side in the width direction between the first rib portion 9 and the second rib portion 10. A waveguide is formed.

クラッド5は、下部クラッド13と、上部クラッド14とを有している。第1の導波路6、第2の導波路7及び第3の導波路8(第1のリブ部9、第2のリブ部10、第3のリブ部11及びスラブ部12)は、下部クラッド13の面上に形成されている。上部クラッド14は、第1のリブ部9、第2のリブ部10、第3のリブ部11及びスラブ部12が形成された下部クラッド13の面上を覆っている。   The clad 5 has a lower clad 13 and an upper clad 14. The first waveguide 6, the second waveguide 7, and the third waveguide 8 (the first rib portion 9, the second rib portion 10, the third rib portion 11, and the slab portion 12) are formed by a lower cladding. 13 are formed on the surface. The upper clad 14 covers the surface of the lower clad 13 on which the first rib portion 9, the second rib portion 10, the third rib portion 11 and the slab portion 12 are formed.

クラッド5は、コア4よりも屈折率が低い材料、具体的には、SiOやSiN、空気層(但し、空気層は上部クラッド14のみ適用可能。)などからなる。基板型光導波路素子1では、上述したSOIウェハのSiO層が下部クラッド13を形成し、その上の空気層が上部クラッド14を形成している。また、上部クラッド14は、下部クラッド13の面上を覆うSiO層により形成してもよい。 The clad 5 is made of a material having a refractive index lower than that of the core 4, specifically, SiO 2 or SiN, an air layer (however, only the upper clad 14 can be applied to the air layer). In the substrate type optical waveguide device 1, the SiO 2 layer of the SOI wafer described above forms the lower clad 13, and the air layer above it forms the upper clad 14. Further, the upper clad 14 may be formed of an SiO 2 layer that covers the surface of the lower clad 13.

また、基板型光導波路素子1は、第1の導波路3の他端に一端が接続された第1の曲げ導波路15と、第2の導波路7の他端に一端が接続された第2の曲げ導波路16とを有している。   The substrate-type optical waveguide element 1 includes a first bending waveguide 15 having one end connected to the other end of the first waveguide 3 and a first bending waveguide 15 having one end connected to the other end of the second waveguide 7. 2 bending waveguides 16.

コア4は、第1の曲げ導波路15を形成する第1のリブ部9Aと、第2の曲げ導波路16を形成する第2のリブ部10Aと、第1のリブ部9A及び第2のリブ部10Aよりも小さい厚み(低い高さ)で、第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとの間で共有されるスラブ部12Aとを有している。   The core 4 includes a first rib portion 9A that forms the first bending waveguide 15, a second rib portion 10A that forms the second bending waveguide 16, and the first rib portion 9A and the second rib portion 9A. It has a slab portion 12A shared between the first rib portion 9A and the second rib portion 10A with a thickness (lower height) smaller than that of the rib portion 10A.

第1の曲げ導波路15及び第2の曲げ導波路16は、長さ方向において幅及び厚み(高さ)が一定となる第1のリブ部9A及び第2のリブ部10Aにより面内で曲げるように形成されている。第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとは、第1のリブ部9と第2のリブ部10とにそれぞれ連続して形成されている。すなわち、第1のリブ部9Aは、第1のリブ部9と同じ幅及び厚み(高さ)で断面矩形状に形成されている。一方、第2のリブ部10Aは、第2のリブ部10と同じ幅及び厚み(高さ)で断面矩形状に形成されている。   The first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 are bent in-plane by the first rib portion 9A and the second rib portion 10A having a constant width and thickness (height) in the length direction. It is formed as follows. The first rib portion 9A and the second rib portion 10A are formed continuously with the first rib portion 9 and the second rib portion 10, respectively. That is, the first rib portion 9A is formed in a rectangular cross section with the same width and thickness (height) as the first rib portion 9. On the other hand, the second rib portion 10A is formed in a rectangular cross section with the same width and thickness (height) as the second rib portion 10.

第1の曲げ導波路15と第2の曲げ導波路16とは、第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとの間の間隔が第1の導波路6(第1のリブ部9)と第2の導波路7(第2のリブ部10)に接続される側に向かって連続的に小さくなるように、所定の曲率及び角度でS字状に曲がって形成されている。   The first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 are such that the distance between the first rib portion 9A and the second rib portion 10A is the first waveguide 6 (first rib portion 9). ) And the second waveguide 7 (second rib portion 10) are bent in an S shape with a predetermined curvature and angle so as to continuously decrease toward the side connected to the second waveguide 7 (second rib portion 10).

スラブ部12Aは、スラブ部12と同じ厚み(高さ)でスラブ部12に連続して形成されている。スラブ部12Aは、第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとの互いに対向する側面の間に亘って形成されている。これにより、第1の曲げ導波路15と第2の曲げ導波路16とは、第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとの幅方向の片側のみにスラブ部12Aが設けられた半リブ導波路を形成している。   The slab portion 12 </ b> A is formed continuously with the slab portion 12 with the same thickness (height) as the slab portion 12. The slab portion 12A is formed between the side surfaces of the first rib portion 9A and the second rib portion 10A facing each other. As a result, the first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 are half of which the slab portion 12A is provided only on one side in the width direction of the first rib portion 9A and the second rib portion 10A. A rib waveguide is formed.

また、基板型光導波路素子1は、第3の導波路8の一端に他端が接続された第4の導波路17を有している。コア4は、第4の導波路17を形成する第3のリブ部11Aを有している。第4の導波路17は、第3の導波路8とは幅が異なる直線導波路18との間を連続的に接続するため、第3の導波路8に接続される側とは反対側に向かって第3のリブ部11Aの幅が連続的に小さくなるテーパ状の導波路(テーパ部)を形成している。第3のリブ部11Aは、第3の導波路8を形成する第3のリブ部11と、直線導波路18を形成する第3のリブ部11Bとに連続して形成されている。すなわち、第3のリブ部11Aの他端は、第3のリブ部11と同じ幅及び厚み(高さ)で断面矩形状に形成されている。一方、第3のリブ部11Aの一端は、第3のリブ部11Bと同じ幅及び厚み(高さ)で断面矩形状に形成されている。   The substrate-type optical waveguide device 1 has a fourth waveguide 17 having the other end connected to one end of the third waveguide 8. The core 4 has a third rib portion 11 </ b> A that forms the fourth waveguide 17. Since the fourth waveguide 17 is continuously connected to the straight waveguide 18 having a width different from that of the third waveguide 8, the fourth waveguide 17 is opposite to the side connected to the third waveguide 8. A tapered waveguide (tapered portion) is formed in which the width of the third rib portion 11A continuously decreases. The third rib portion 11 </ b> A is formed continuously with the third rib portion 11 forming the third waveguide 8 and the third rib portion 11 </ b> B forming the straight waveguide 18. That is, the other end of the third rib portion 11A is formed in a rectangular cross section with the same width and thickness (height) as the third rib portion 11. On the other hand, one end of the third rib portion 11A is formed in a rectangular cross section with the same width and thickness (height) as the third rib portion 11B.

直線導波路18は、第4の導波路17と外部の導波路(図示せず。)との間を接続するための導波路であり、長さ方向において幅及び厚み(高さ)が一定となる第3のリブ部11Bにより直線状に形成されている。   The straight waveguide 18 is a waveguide for connecting the fourth waveguide 17 and an external waveguide (not shown), and has a constant width and thickness (height) in the length direction. The third rib portion 11B is formed linearly.

なお、本実施形態の基板型光導波路素子1において、第4の導波路17は、必ずしも必須な構成ではなく、第3の導波路8に同じ幅の導波路を接続する場合は不要となる。また、直線導波路18についても必須な構成ではなく、この直線導波路18とは異なる形状の導波路(例えば曲げ導波路など。)を接続することも可能である。   In the substrate type optical waveguide device 1 of the present embodiment, the fourth waveguide 17 is not necessarily an essential configuration, and is not necessary when a waveguide having the same width is connected to the third waveguide 8. Further, the linear waveguide 18 is not an essential configuration, and a waveguide having a shape different from that of the linear waveguide 18 (for example, a bent waveguide) can be connected.

また、基板型光導波路素子1では、上述したSOIウェハの最上層にあるSi層を2段階でエッチングすることで、上述した第1の導波路6、第2の導波路7及び第3の導波路8を形成する第1のリブ部9、第2のリブ部10、第3のリブ部11及びスラブ部12と共に、第1の曲げ導波路15、第2の曲げ導波路16、第4の導波路17及び直線導波路18を形成する第1のリブ部9A、第2のリブ部10A、第3のリブ部11A,11B及びスラブ部12Aを一体に形成することができる。   Further, in the substrate type optical waveguide device 1, the above-described first waveguide 6, the second waveguide 7 and the third waveguide are etched by etching the Si layer, which is the uppermost layer of the SOI wafer, in two stages. Together with the first rib portion 9, the second rib portion 10, the third rib portion 11 and the slab portion 12 that form the waveguide 8, the first bent waveguide 15, the second bent waveguide 16, and the fourth The first rib portion 9A, the second rib portion 10A, the third rib portions 11A and 11B, and the slab portion 12A that form the waveguide 17 and the straight waveguide 18 can be integrally formed.

本実施形態の基板型光導波路素子1では、上述した第1の導波路6、第2の導波路7及び第3の導波路8からY分岐導波路3の突合せ結合部(分岐導波路構造)31が構成されている。また、本実施形態の基板型光導波路素子1では、上述した第1の導波路6及び第1の曲げ導波路15と、第1の導波路6及び第1の曲げ導波路15とからY分岐導波路3の2つの入力導波路32,33が構成され、上述した第3の導波路8、第4の導波路17及び直線導波路18からY分岐導波路3の1つの出力導波路34が構成されている。   In the substrate type optical waveguide device 1 of the present embodiment, the butt coupling portion (branch waveguide structure) of the Y branch waveguide 3 from the first waveguide 6, the second waveguide 7, and the third waveguide 8 described above. 31 is configured. Further, in the substrate type optical waveguide device 1 of the present embodiment, the Y branch from the first waveguide 6 and the first bending waveguide 15 and the first waveguide 6 and the first bending waveguide 15 described above. Two input waveguides 32 and 33 of the waveguide 3 are configured, and one output waveguide 34 of the Y-branch waveguide 3 is formed from the third waveguide 8, the fourth waveguide 17, and the straight waveguide 18 described above. It is configured.

Y分岐導波路3では、2つの入力導波路32,33に入力されるTEモードの光と、出力導波路34から出力されるTEモードの光とを突合せ結合部31で不連続に結合させる。また、入力導波路32,33の出力導波路34に接続される直前の電界分布が、出力導波路34の電界分布と効率良く結合するように、出力導波路34が2つの入力導波路32,33よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、第3のリブ部11の幅Wは、第1のリブ部9の幅Wと、第2のリブ部10の幅Wと、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間の間隔Dとの合計(W+W+D)よりも大きくなっている(W>W+W+D)。この場合、入力側の電界分布に応じて、第3のリブ部11の幅Wを調整することによって、光を合波する際の損失を低減することが可能である。 In Y-branch waveguide 3, discontinuously bonded with two input waveguides and light TE 0 mode inputted to the waveguide 32, 33, TE 0 mode coupling portions 31 butt and a light output from the output waveguide 34 Let Further, the output waveguide 34 has two input waveguides 32, 33 so that the electric field distribution immediately before being connected to the output waveguide 34 of the input waveguides 32, 33 is efficiently coupled to the electric field distribution of the output waveguide 34. It has a wide shape protruding from both sides in the width direction from 33. That is, the width W 3 of the third rib 11 has a width W 1 of the first rib portion 9, the width W 2 of the second rib portion 10, a first rib portion 9 second rib portion It is larger than the sum (W 1 + W 2 + D) with the interval D between 10 (W 3 > W 1 + W 2 + D). In this case, by adjusting the width W3 of the third rib portion 11 according to the electric field distribution on the input side, it is possible to reduce the loss when multiplexing the light.

また、本実施形態の基板型光導波路素子1では、2つの入力導波路32,33(第1の導波路6と第2の導波路7)の間に、第1のリブ部9及び第2のリブ部10よりも小さい厚み(低い高さ)で、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間で共有されるスラブ部12を設けることによって、低損失な合波を可能としている。   Further, in the substrate-type optical waveguide device 1 of the present embodiment, the first rib portion 9 and the second rib 9 are disposed between the two input waveguides 32 and 33 (the first waveguide 6 and the second waveguide 7). By providing a slab portion 12 that is shared between the first rib portion 9 and the second rib portion 10 with a smaller thickness (lower height) than the rib portion 10, low loss multiplexing is possible. It is said.

すなわち、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間にスラブ部12を設けた場合、第1のリブ部9(又は第2のリブ部10)からスラブ部12へと光が大きく浸み出すことになる。一方、スラブ部12は、第1のリブ部9と第2のリブ部10との間にのみ存在するため、第1のリブ部9(又は第2のリブ部10)のスラブ部12とは反対側から光が浸み出すことがない。   That is, when the slab part 12 is provided between the first rib part 9 and the second rib part 10, light is transmitted from the first rib part 9 (or the second rib part 10) to the slab part 12. It will ooze out greatly. On the other hand, since the slab part 12 exists only between the first rib part 9 and the second rib part 10, what is the slab part 12 of the first rib part 9 (or the second rib part 10)? Light does not ooze from the other side.

これにより、Y分岐導波路4では、隣接する第1のリブ部9と第2のリブ部10との間で光の閉じ込めを弱くし、これらの間で光の浸み出しを増加させることができる。その結果、一方の入力導波路32に入力したTEモードの光が隣接する他方の入力導波路33に浸み出し、これら2つの入力導波路32,33の中央に寄った電界分布を持つことになる。このため、出力導波路34の中央に集中した電界分布を持つTEモードの光を高効率に結合させることが可能となる。 As a result, in the Y-branch waveguide 4, light confinement is weakened between the adjacent first rib portion 9 and second rib portion 10, and light penetration between them can be increased. it can. As a result, the TE 0 mode light input to one input waveguide 32 oozes into the other adjacent input waveguide 33 and has an electric field distribution that approaches the center of these two input waveguides 32 and 33. become. For this reason, it is possible to couple TE 0 mode light having an electric field distribution concentrated in the center of the output waveguide 34 with high efficiency.

また、本実施形態の基板型光導波路素子1では、上述した第1の曲げ導波路15及び第2の曲げ導波路16によって、2つの離れた入力導波路32,33を徐々に接近させる構成となっている。この場合、隣接する導波路への光の浸み出しを徐々に行い、急激な電界分布の変化による損失を避けることができる。これにより、離間した外部の導波路との接続が容易になる。   The substrate-type optical waveguide device 1 of the present embodiment has a configuration in which two separate input waveguides 32 and 33 are gradually approached by the first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 described above. It has become. In this case, light can be gradually leached into adjacent waveguides, and loss due to a sudden change in electric field distribution can be avoided. This facilitates connection with the separated external waveguide.

なお、本実施形態では、上述した第1の曲げ導波路15及び第2の曲げ導波路16を設けた構成となっているが、必ずしも2つの曲げ導波路を用いる必要はなく、例えば、2つの直線導波路を光の進行方向に対して斜めに配置して、これら2つの直線導波路を徐々に接近させる構成とすることも可能である。また、これらを組み合わせた構成としてもよい。   In the present embodiment, the first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 described above are provided. However, it is not always necessary to use two bending waveguides. It is also possible to arrange the linear waveguides obliquely with respect to the light traveling direction so that these two linear waveguides gradually approach each other. Moreover, it is good also as a structure which combined these.

<Y分岐導波路>
次に、Y分岐導波路を用いた合成導波路による光の合波の原理について説明する。
なお、以下の説明では、上記基板型光導波路素子1と同等の部位については、必要に応じて図面等において同じ符号を付すものとする。また、一方の入力導波路32を「入力導波路1」、他方の入力導波路33を「入力導波路2」と呼ぶ。
<Y-branch waveguide>
Next, the principle of light multiplexing by the combined waveguide using the Y branch waveguide will be described.
In the following description, portions equivalent to those of the substrate-type optical waveguide device 1 are denoted by the same reference numerals in the drawings and the like as necessary. One input waveguide 32 is referred to as “input waveguide 1”, and the other input waveguide 33 is referred to as “input waveguide 2”.

2つの入力導波路1,2が十分に離れているとき、その一方の導波路1にTEモードの光を入力した場合、このTEモードの光は、隣接する入力導波路1,2の断面において、対称な電界分布を持つ偶モードと、反対称な電界分布を持つ奇モードとの2つの導波モード(これらを合わせてスーパーモードと呼ぶ。)が、同じパワーを持った重ね合わせとして表現される。 When the TE 0 mode light is input to one of the two waveguides 1 and 2 when the two input waveguides 1 and 2 are sufficiently separated from each other, the TE 0 mode light is transmitted to the adjacent input waveguides 1 and 2. In the cross section, the two guided modes of the even mode with a symmetric electric field distribution and the odd mode with an antisymmetric electric field distribution (collectively called super modes) are superposed with the same power. Expressed.

ここで、隣接する入力導波路1,2が十分に離れているときの上記Y分岐導波路3におけるTEモードによる偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図2(A),(B)に示し、奇モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図3(A),(B)に示す。なお、図2(B)及び図3(B)は、図2(A)及び図3(A)におけるY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。また、各グラフにおいて、Xは幅方向、Yは高さ方向の座標[μm]を表す。 Here, FIG graph obtained by simulating the electric field distribution of the even mode (E X component) by TE 0 mode in the Y-branch waveguide 3 when the input waveguide 1 and 2 adjacent are sufficiently separated 2 ( a), shown (B), the Fig. 3 graph obtained by simulating the electric field distribution of the odd mode (E X component) (a), shown in (B). Incidentally, FIG. 2 (B) and FIG. 3 (B) is a graph showing the E X component at the position of Y = 0 [μm] in FIG. 2 (A) and FIG. 3 (A). In each graph, X represents a coordinate in the width direction and Y represents a coordinate [μm] in the height direction.

また、本シミュレーションで用いたY分岐導波路3の各部の寸法を図4に示す。本シミュレーションでは、有限要素法(FEM:finite element method)を用い、波長を1550nmとし、コア4(リブ部9,10及びスラブ部12)をSi(屈折率3.48)とし、クラッド5(下部クラッド13及び上部クラッド14)をSiO(屈折率1.44)とし、リブ部9,10の厚み(高さ)を220nm、スラブ部12の厚み(高さ)を95nmとし、リブ部9,10の幅を400nmとし、スラブ部12の幅を2000nmとして計算を行った。 Further, FIG. 4 shows the dimensions of each part of the Y-branch waveguide 3 used in this simulation. In this simulation, a finite element method (FEM) is used, the wavelength is 1550 nm, the core 4 (rib portions 9, 10 and the slab portion 12) is Si (refractive index 3.48), and the cladding 5 (lower portion) The clad 13 and the upper clad 14) are made of SiO 2 (refractive index 1.44), the thickness (height) of the rib portions 9 and 10 is 220 nm, the thickness (height) of the slab portion 12 is 95 nm, The calculation was performed with the width of 10 being 400 nm and the width of the slab portion 12 being 2000 nm.

図2(A),(B)及び図3(A),(B)には、Y分岐導波路3の幅方向における電界成分(E成分)のみが示されている。これは、TEモードではE成分が最も大きく支配的であるためであり、その特徴はE成分で主に表されるからである。 FIG. 2 (A), the (B) and FIG. 3 (A), (B), the electric field component in the width direction of the Y-branch waveguide 3 only (E X component) is shown. This is because the TE mode is largest dominant E X component, its features is because mainly expressed in E X component.

図2(A),(B)及び図3(A),(B)のグラフからわかるように、入力導波路1(図4中の右側)にTEモードの光が入力された場合の電界分布は、偶モードと奇モードが位相差0[rad]を持って重ね合わされたものとなる。一方、入力導波路2(図4中の左側)にTEモードの光が入力された場合の電界分布は、偶モードと奇モードが位相差π[rad]を持って重ね合わされものとなる。 As can be seen from the graphs of FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3A and 3B, the electric field when light in the TE 0 mode is input to the input waveguide 1 (right side in FIG. 4). The distribution is obtained by superimposing the even mode and the odd mode with a phase difference of 0 [rad]. On the other hand, the electric field distribution when TE 0 mode light is input to the input waveguide 2 (left side in FIG. 4) is such that the even mode and the odd mode are superimposed with a phase difference of π [rad].

これらのスーパーモードを持つ2つの入力導波路1,2は、突合せ結合部31に向かって徐々に接近する。このとき、一方の入力導波路1から浸み出し光が他方の入力導波路2に移ることにより、スーパーモードは2つの入力導波路1,2の中央に寄った分布へと移り変わる。   The two input waveguides 1 and 2 having these super modes gradually approach toward the butt coupling portion 31. At this time, the light oozing out from one input waveguide 1 moves to the other input waveguide 2, whereby the super mode changes to a distribution near the center of the two input waveguides 1 and 2.

次に、隣接する入力導波路1,2が接近しているときの上記Y分岐導波路3におけるTEモードによる偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図5(A),(B)に示し、奇モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図6(A),(B)に示す。なお、図5(B)及び図6(B)は、図5(A)及び図6(A)におけるY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。また、本シミュレーションで用いたY分岐導波路3の各部の寸法を図7に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図4に示す場合と同様である。 Next, FIG graph obtained by simulating the electric field distribution of the even mode (E X component) by TE 0 mode in the Y-branch waveguide 3 when the input waveguide 1 and 2 adjacent is approaching 5 (A ), (B) in shown, FIG 6 a graph obtained by the electric field distribution of the odd mode (E X component) simulation (a), shown in (B). Incidentally, and FIG. 5 (B) and 6 (B) is a graph showing the E X component at the position of Y = 0 [μm] in FIGS. 5 (A) and 6 (A). Moreover, the dimension of each part of the Y branch waveguide 3 used by this simulation is shown in FIG. The other conditions in this simulation are the same as in the case shown in FIG.

図5(A),(B)及び図6(A),(B)のグラフからは、偶モードにおいて、隣接する入力導波路の間に光が集まっているのがわかる。   From the graphs of FIGS. 5A and 5B and FIGS. 6A and 6B, it can be seen that light is collected between adjacent input waveguides in the even mode.

これに対して、従来の一般的な矩形導波路を用いたY分岐導波路(上記図35(A)を参照。)では、更に隣接する入力導波路の間隔が光の進行方向に沿って徐々に狭まっていく。このとき、偶モードでは、出力導波路のTEモードの光に連続的に変化する。一方、奇モードでは、出力導波路のTEモードの光に連続的に変化する。なお、TEモードは、TEモードの中で実効屈折率が2番目に高いモードを表す。 On the other hand, in a Y-branch waveguide using a conventional general rectangular waveguide (see FIG. 35A), the interval between adjacent input waveguides gradually increases along the light traveling direction. It narrows to. At this time, in the even mode, the light continuously changes to the TE 0 mode light of the output waveguide. On the other hand, in the odd mode, the light continuously changes to the TE 1 mode light of the output waveguide. The TE 1 mode represents a mode having the second highest effective refractive index in the TE mode.

ここで、矩形導波路のTEモードによる電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図8(A),(B)に示し、TEモードによる電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図9(A),(B)に示す。なお、図8(B)及び図9(B)は、図8(A)及び図9(A)におけるY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。また、本シミュレーションで用いた矩形導波路の寸法を図10に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図4に示す場合と同様である。 Here, FIG. 8 a graph obtained by simulation of an electric field distribution by the TE 0 mode of a rectangular waveguide (E X component) (A), simulated (B) to show the electric field distribution due to TE 1 mode (E X component) 9A and 9B show the graphs obtained from the above. Incidentally, and FIG. 8 (B) and FIG. 9 (B) is a graph showing the E X component at the position of Y = 0 [μm] in FIG. 8 (A) and FIG. 9 (A). The dimensions of the rectangular waveguide used in this simulation are shown in FIG. The other conditions in this simulation are the same as in the case shown in FIG.

図8(A),(B)及び図9(A),(B)のグラフから、TEモードでは中央にピークを持った幅方向に対称な電界分布を持ち、TEモードでは離れたところに2つのピークを持った幅方向に反対称な電界分布を持つことがわかる。なお、このような電界分布の特徴は、導波路の幅を変化させた場合も成り立ち、導波路の幅が変化することによって、TEモード及びTEモードによる電界分布も幅方向に変化することになる。 From the graphs of FIGS. 8A and 8B and FIGS. 9A and 9B, the TE 0 mode has a symmetrical electric field distribution in the width direction with a peak at the center, and is separated in the TE 1 mode. It can be seen that it has an antisymmetric electric field distribution in the width direction with two peaks. Such a characteristic of the electric field distribution also holds when the width of the waveguide is changed. When the width of the waveguide changes, the electric field distribution in the TE 0 mode and the TE 1 mode also changes in the width direction. become.

従来の一般的なY分岐導波路では、2つの入力導波路1,2から1つの出力導波路へと連続的に変化させることから、偶モードから出力導波路のTEモードへの変換(又は奇モードから出力導波路のTEモードへの変換)も連続的に行われる。したがって、Y分岐導波路の長さを十分長く取ることで、原理的に非常に低損失な合波が可能となる。このような変換は、一般的に断熱変化による変換と呼ばれる。 In the conventional general Y-branch waveguide, since the two input waveguides 1 and 2 are continuously changed to one output waveguide, conversion from the even mode to the TE 0 mode of the output waveguide (or The conversion from the odd mode to the TE 1 mode of the output waveguide) is also performed continuously. Therefore, by combining the Y branch waveguide with a sufficiently long length, in principle, very low loss multiplexing is possible. Such conversion is generally called conversion by adiabatic change.

一方、上記図35(A)に示すY分岐導波路や、図1に示すY分岐導波路3のように、2つの入力導波路の間隔を一定にしたまま、出力導波路に不連続に接続するY分岐導波路の場合、以下の原理による変換が行われる。   On the other hand, like the Y-branch waveguide shown in FIG. 35A and the Y-branch waveguide 3 shown in FIG. 1, it is connected discontinuously to the output waveguide while keeping the distance between the two input waveguides constant. In the case of a Y-branch waveguide, the conversion is performed according to the following principle.

すなわち、異なる断面を持つ導波路を接続した場合に、入力側導波路のある導波モードが、出力側導波路のある導波モードへ変換する割合を示す変換効率Tは、下記式(1)のように表される。(但し、TEモードの変換を考えた場合、TEモードはEx成分が主成分であることから、それ以外の成分の寄与を無視している。)   That is, when the waveguides having different cross sections are connected, the conversion efficiency T indicating the ratio of the waveguide mode having the input side waveguide to the waveguide mode having the output side waveguide is expressed by the following formula (1). It is expressed as (However, when considering the conversion of the TE mode, the TE mode ignores the contribution of other components because the Ex component is the main component.)

ここで、上記式(1)中における記号は以下のように定める。*は複素共役を表し、積分は2つの入力導波路と出力導波路との境界の断面全体で行っている。
Ex入力部:入力導波路におけるTEモードのEx成分
Ex出力部:出力導波路におけるTEモードのEx成分
K:その他定数
Here, the symbols in the above formula (1) are determined as follows. * Represents a complex conjugate, and integration is performed over the entire cross section of the boundary between the two input waveguides and the output waveguide.
Ex input part : Ex component of TE mode in input waveguide
Ex output unit : Ex component of TE mode in output waveguide
K: Other constant

このような変換は、突合せ結合と呼ばれる。上記式(1)から、電界分布の重なりが大きいほど大きな変換効率が得られることがわかる。また、入力導波路の偶モードは、幅方向に対称な電界分布を持つことから、出力導波路のTEモードには結合せず、反対に、入力導波路の奇モードは、幅方向に反対称な電界分布を持つことから、出力導波路のTEモードには結合しないことがわかる。このため、TEモードの光を一方の入力導波路に入力したときの出力導波路から出力されるTEモードの光の変換効率は、50%以下となる。このうち50%の損失は原理損である。また、同様にTEモードの光を一方の入力導波路に入力したときの出力導波路から出力されるTEモードの光の変換効率も同様である。 Such a transformation is called a butt joint. From the above equation (1), it can be seen that the greater the electric field distribution overlap, the greater the conversion efficiency. In addition, since the even mode of the input waveguide has a symmetrical electric field distribution in the width direction, it does not couple to the TE 1 mode of the output waveguide, whereas the odd mode of the input waveguide is opposite in the width direction. It can be seen that it has no electric field distribution and is not coupled to the TE 0 mode of the output waveguide. Therefore, the conversion efficiency of the TE 0 mode light output from the output waveguide when the TE 0 mode light is input to one input waveguide is 50% or less. Of this, a loss of 50% is a principle loss. Similarly, the conversion efficiency of the TE 1 mode light output from the output waveguide when the TE 0 mode light is input to one of the input waveguides is the same.

このような2つの入力導波路を出力導波路に不連続に接続したY分岐導波路では、変換効率を高めるのに電界分布が一致している方がよい。特に、入力側導波路の偶モードを電界分布が中央に寄った出力側導波路のTEモードに高い効率で変換するためには、入力導波路の偶モードの電界が中央に寄った分布を持つことが必要である。そのためには、2つの入力導波路の結合係数を高める必要がある。 In such a Y-branch waveguide in which two input waveguides are discontinuously connected to the output waveguide, it is better that the electric field distributions coincide with each other in order to increase the conversion efficiency. In particular, since the electric field distribution of the even mode of the input waveguide is converted with high efficiency TE 0 mode output waveguides closer to the center, the distribution of electric field of the even mode of the input waveguide closer to the center It is necessary to have. For this purpose, it is necessary to increase the coupling coefficient of the two input waveguides.

結合係数を高めるためには、2つの入力導波路の幅を狭めて、光の閉じ込めを弱くし、外部への光の浸み出しを大きくしたり、2つの入力導波路の間隔を狭めたりすればよい。しかしながら、実際に作製することを考慮した場合、導波路の幅が狭すぎると再現性が低下したり、リソグラフィの精度に依存し、マスクの設計通りの導波路が作製できなかったりするといった問題がある。このため、作製可能な最小の導波路の幅が存在する。また、導波路の間隔についても、2つの入力導波路が接近し過ぎると、隣接する導波路の影響を受け再現性が低下する。さらに、リソグラフィやエッチングの関係から作製可能な最小の導波路の間隔が存在する。したがって、入力導波路の結合係数を高めるのには限度がある。   To increase the coupling coefficient, narrow the width of the two input waveguides, weaken the light confinement, increase the leaching of light to the outside, or narrow the distance between the two input waveguides. That's fine. However, when considering actual fabrication, there are problems such as reproducibility being lowered if the width of the waveguide is too narrow, or depending on the accuracy of lithography, the waveguide as designed in the mask cannot be fabricated. is there. For this reason, there is a minimum waveguide width that can be fabricated. In addition, when the two input waveguides are too close to each other, the reproducibility is deteriorated due to the influence of adjacent waveguides. Furthermore, there is a minimum waveguide interval that can be produced due to lithography and etching. Therefore, there is a limit to increasing the coupling coefficient of the input waveguide.

以上のような条件の下で、入力導波路の偶モードから出力導波路のTEモードへの変換効率を高める方法として、上記非特許文献1に記載のY分岐導波路では、図36(A)に示すように、出力導波路303が2つの入力導波路301,302よりも幅方向の両側に突出した幅広形状となっている。すなわち、出力導波路303の幅は、2つの入力導波路301,302の幅と、2つの入力導波路301,302の間隔との合計よりも大きくなっている。 As a method for increasing the conversion efficiency from the even mode of the input waveguide to the TE 0 mode of the output waveguide under the above conditions, the Y-branch waveguide described in Non-Patent Document 1 described above is shown in FIG. ), The output waveguide 303 is wider than the two input waveguides 301 and 302 and protrudes on both sides in the width direction. That is, the width of the output waveguide 303 is larger than the sum of the width of the two input waveguides 301 and 302 and the distance between the two input waveguides 301 and 302.

これにより、入力導波路301,302の結合係数が十分高められず、偶モードが十分中央に寄らない場合において、出力導波路303の幅を広げることにより、TEモードの電界分布を幅方向に拡張することで、偶モードとの一致性を高めることができる。 Thereby, when the coupling coefficient of the input waveguides 301 and 302 is not sufficiently increased and the even mode is not sufficiently centered, the electric field distribution of the TE 0 mode is increased in the width direction by increasing the width of the output waveguide 303. By extending, it is possible to improve the consistency with the even mode.

しかしながら、上記非特許文献1に記載のY分岐導波路では、2つの入力導波路301,302が矩形導波路により形成されている。また、平板型石英導波路(コアとクラッドの屈折率差0.3%)を想定している。   However, in the Y branch waveguide described in Non-Patent Document 1, the two input waveguides 301 and 302 are formed by rectangular waveguides. In addition, a flat-plate type quartz waveguide (diffractive index difference between core and clad of 0.3%) is assumed.

このような矩形導波路では、コアとクラッドの屈折率差が小さいことから光の閉じ込めが弱くなり、大きな結合係数が得られる。一方、コアとクラッドの屈折率差が大きいシリコン細線導波路の場合、コアへの光の閉じ込めが大きいため、変換効率を高めるためには、更なる改善が必要となる。(但し、本発明の適応範囲は、シリコン細線導波路のようなコアとクラッドの屈折率差が大きい導波路に限らず、一般的な全反射による光導波路全般に及ぶ。)   In such a rectangular waveguide, since the refractive index difference between the core and the clad is small, the light confinement becomes weak and a large coupling coefficient can be obtained. On the other hand, in the case of a silicon fine wire waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, light confinement in the core is large. Therefore, further improvement is required to increase the conversion efficiency. (However, the applicable range of the present invention is not limited to a waveguide having a large refractive index difference between the core and the clad, such as a silicon fine wire waveguide, but extends to general optical waveguides by general total reflection.)

(本発明による効果)
次に、以上のような内容を踏まえて、本発明による効果について説明する。
本発明では、隣接する2つ入力導波路の間にリブ部と同じ材料で、リブ部よりも厚みが小さい(高さが低い)スラブ部を設けることにより、2つの入力導波路が半リブ導波路により形成されている。この場合、隣接する入力導波路への光の浸み出しを増加させ、入力導波路の幅と間隔を変えることなく、結合係数を高めることが可能である。これにより、入力導波路の偶モードから出力導波路のTEモードへの変換効率を高めることができる。
(Effects of the present invention)
Next, the effects of the present invention will be described based on the above contents.
In the present invention, a slab portion made of the same material as that of the rib portion and having a smaller thickness (lower height) than the rib portion is provided between two adjacent input waveguides, so that the two input waveguides are semi-ribbed. It is formed by a waveguide. In this case, it is possible to increase the coupling coefficient without increasing the penetration of light into the adjacent input waveguide and changing the width and interval of the input waveguide. Thereby, the conversion efficiency from the even mode of the input waveguide to the TE 0 mode of the output waveguide can be increased.

ここで、2つの入力導波路の幅及び間隔を一定としたときの、矩形導波路を用いた分岐導波路におけるTEモードによる偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図11(A),(B)に示し、半リブ導波路を用いた分岐導波路におけるTEモードによる偶モードの電界分布(E成分)をシミュレーションにより求めたグラフを図12(A),(B)に示す。なお、図11(B)及び図12(B)は、図11(A)及び図12(A)におけるY=0[μm]の位置でのE成分を示すグラフである。また、本シミュレーションでは、矩形導波路を用いたY分岐導波路の各部の寸法を図13に示し、半リブ導波路を用いたY分岐導波路の各部の寸法を図14に示す。本シミュレーションのそれ以外の条件は、上記図4に示す場合と同様である。 Here, the width and spacing of the two input waveguides when constant, the graph obtained by simulating the electric field distribution of the even mode (E X component) by TE 0 mode in the branch waveguide using a rectangular waveguide Figure 11 (a), (B) to show a graph obtained by simulating the electric field distribution of the even mode (E X component) by TE 0 mode in the branch waveguide using a semi rib waveguide FIG. 12 (a), the Shown in (B). Incidentally, FIG. 11 (B) and FIG. 12 (B) is a graph showing the E X component at the position of Y = 0 [μm] in FIG. 11 (A) and FIG. 12 (A). In this simulation, the dimensions of each part of the Y-branch waveguide using the rectangular waveguide are shown in FIG. 13, and the dimensions of each part of the Y-branch waveguide using the half-rib waveguide are shown in FIG. The other conditions in this simulation are the same as in the case shown in FIG.

図11(A),(B)及び図12(A),(B)のグラフから、同じ入力導波路の幅及び間隔で比較した場合、矩形導波路を用いたY分岐導波路よりも半リブ導波路を用いたY分岐導波路の方が中央に寄った電界分布を持つことがわかる。したがって、半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、入力導波路の偶モードから出力導波路のTEモードへの変換効率を高めることが可能である。 From the graphs of FIGS. 11A and 11B and FIGS. 12A and 12B, when compared with the same input waveguide width and spacing, the half-rib is more than the Y-branch waveguide using a rectangular waveguide. It can be seen that the Y-branch waveguide using the waveguide has an electric field distribution closer to the center. Therefore, in the Y-branch waveguide using the half-rib waveguide, it is possible to increase the conversion efficiency from the even mode of the input waveguide to the TE 0 mode of the output waveguide.

また、本発明によるその他の効果としては、以下の効果1〜7が挙げられる。
[効果1]
本発明による効果1としては、波長依存性が小さいことが挙げられる。一般に、波長が変化すると、光の閉じ込めの程度が変化し、結合係数が変化する。例えば、波長が長くなると、コアからの光の浸み出しが増加し、結合係数が増加する。逆に、波長が短くなると、コアからの光の浸み出しが減少し、結合係数が減少する。このため、波長によって変換効率が変化する。一方、波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplex)通信を想定した場合、そこで用いられる機能素子は、波長に対する変換効率の依存性が小さい方がよい。
Moreover, the following effects 1-7 are mentioned as another effect by this invention.
[Effect 1]
As the effect 1 of the present invention, the wavelength dependency is small. In general, when the wavelength changes, the degree of light confinement changes and the coupling coefficient changes. For example, as the wavelength increases, light leaching from the core increases and the coupling coefficient increases. On the contrary, when the wavelength is shortened, the oozing of light from the core is reduced and the coupling coefficient is reduced. For this reason, conversion efficiency changes with wavelengths. On the other hand, when assuming wavelength division multiplex (WDM) communication, it is preferable that the functional element used therein has a smaller dependency of the conversion efficiency on the wavelength.

本発明の半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたY分岐導波路に比べて、結合係数を高めることができる。したがって、本発明では、波長に対する結合係数の変化量が小さくなるため、波長依存性が小さいといった効果が得られる。   In the Y branch waveguide using the half-rib waveguide of the present invention, the coupling coefficient can be increased as compared with the Y branch waveguide using the conventional rectangular waveguide. Therefore, in the present invention, since the amount of change in the coupling coefficient with respect to the wavelength is small, an effect that the wavelength dependency is small can be obtained.

[効果2]
本発明による効果2としては、製造誤差に強いことが挙げられる。Y分岐導波路を実際に作製した場合、設計段階の値に対して、リブ部の幅が変化したり、リブ部の高さが変化したり、リブ部の断面形状が少し傾きを持った台形状になったりする。このような場合、導波路の形状変化に伴って光の閉じ込めの程度が変化し、結合係数が変化する。このような変化に対して、変換効率が低下することは好ましくない。
[Effect 2]
Advantage 2 of the present invention is that it is resistant to manufacturing errors. When the Y-branch waveguide is actually manufactured, the width of the rib part, the height of the rib part changes, or the cross-sectional shape of the rib part has a slight inclination with respect to the value at the design stage. It becomes a shape. In such a case, the degree of light confinement changes as the waveguide shape changes, and the coupling coefficient changes. It is not preferable that the conversion efficiency decreases with respect to such a change.

これに対して、本発明の半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたY分岐導波路に比べて、結合係数を高めることができる。したがって、本発明では、製造誤差によって結合係数が変化しても、変換効率の低下が従来よりも抑えられるため、製造誤差に強いといった効果が得られる。   On the other hand, in the Y branch waveguide using the half rib waveguide of the present invention, the coupling coefficient can be increased as compared with the Y branch waveguide using the conventional rectangular waveguide. Therefore, according to the present invention, even if the coupling coefficient changes due to a manufacturing error, since a reduction in conversion efficiency is suppressed as compared with the conventional case, an effect that the manufacturing error is strong can be obtained.

[効果3]
本発明による効果3としては、奇モードからTEモードへの変換効率が高いことが挙げられる。本発明の半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたY分岐導波路に比べて、高い結合係数を有することから、入力導波路の偶モードから出力導波路のTEモードへの変換効率だけでなく、入力導波路の奇モードから出力導波路のTEモードへの変換効率も高めることができる。この場合、後述するTEモードの発生を利用したデバイスやシステムへの利用を図ることによって、低損失な合波(変換)が可能となる。
[Effect 3]
The effect 3 according to the present invention includes high conversion efficiency from the odd mode to the TE 1 mode. Since the Y-branch waveguide using the half-rib waveguide of the present invention has a higher coupling coefficient than the Y-branch waveguide using the conventional rectangular waveguide, the even-mode of the input waveguide can be changed to the output waveguide. In addition to the conversion efficiency of the TE waveguide into the TE 0 mode, the conversion efficiency from the odd mode of the input waveguide to the TE 1 mode of the output waveguide can be increased. In this case, low loss multiplexing (conversion) is possible by using the device or system utilizing the generation of the TE 1 mode described later.

[効果4]
本発明による効果4としては、他のリブ導波路の作製プロセスが流用可能なことが挙げられる。本発明の半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、上述したSOIウェハの最上層にあるSi層を2段階でエッチングすることで作製可能なため、従来の矩形導波路を用いたY分岐導波路に比べて、製造プロセスが増加することになる。しかしながら、スラブ部の高さに制限がないことから、外部の導波路として、例えばリブ部の幅方向の両側にスラブ部が設けられた導波路(いわゆるリブ導波路)などがある場合、これらを一括して作製できるため、実質的に製造プロセスの増加にはつながらない。
[Effect 4]
The effect 4 according to the present invention is that other rib waveguide fabrication processes can be used. The Y-branch waveguide using the semi-rib waveguide of the present invention can be manufactured by etching the Si layer on the uppermost layer of the SOI wafer in two stages, so that the Y-branch using the conventional rectangular waveguide is used. Compared to the waveguide, the manufacturing process is increased. However, since there is no restriction on the height of the slab part, if there are, for example, waveguides provided with slab parts on both sides in the width direction of the rib part (so-called rib waveguides), etc. Since it can be manufactured in a lump, it does not substantially increase the manufacturing process.

[効果5]
本発明による効果5としては、デバイス長が短いことが挙げられる。本発明のように、2つの入力導波路の間隔を一定にしたまま、出力導波路に不連続に接続するY分岐導波路の場合、従来の一般的なY分岐導波路のように、2つの入力導波路から1つの出力導波路へと連続的に変化させるのに十分な長さを確保する必要がないため、デバイス長を短くすることができる。
[Effect 5]
The effect 5 of the present invention includes a short device length. As in the present invention, in the case of a Y-branch waveguide that is discontinuously connected to the output waveguide while keeping the distance between the two input waveguides constant, Since it is not necessary to ensure a sufficient length to continuously change from the input waveguide to one output waveguide, the device length can be shortened.

特に、従来の一般的なY分岐導波路では、2つの入力導波路が出力導波路に接続される部分において、偶モードからTEモードへと電界分布の形状を大きく変えるため、この部分において非常に緩やかな変化が必要となる。これに対して、本発明では、このような部分が少ない点で、デバイス長に関して大きな利点となる。 In particular, in the conventional general Y-branch waveguide, the shape of the electric field distribution is greatly changed from the even mode to the TE 0 mode in the portion where the two input waveguides are connected to the output waveguide. Needs to change gradually. On the other hand, the present invention has a great advantage with respect to the device length in that there are few such portions.

[効果6]
本発明による効果6としては、低損失な合波が可能なことが挙げられる。Y分岐導波路を実際に作製した場合、導波路の側壁の荒れの影響で光が散乱し、損失が生じるという問題がある。特に、デバイスのサイズが小さいシリコン細線導波路において顕著である。これに対して、本発明の半リブ導波路を用いたY分岐導波路では、従来の矩形導波路を用いたY分岐導波路に比べて、導波路の側壁が少ない。このため、従来よりも側壁荒れによる損失が小さく、低損失な合波が可能である。
[Effect 6]
As the effect 6 of the present invention, it is possible to combine with low loss. When the Y-branch waveguide is actually manufactured, there is a problem that light is scattered due to the influence of the roughness of the side wall of the waveguide, resulting in a loss. This is particularly noticeable in a silicon fine wire waveguide having a small device size. On the other hand, the Y branch waveguide using the half-rib waveguide of the present invention has fewer side walls of the waveguide than the Y branch waveguide using the conventional rectangular waveguide. For this reason, the loss due to the side wall roughness is smaller than in the prior art, and low loss multiplexing is possible.

[効果7]
本発明による効果7としては、TMモードによる合波が可能なことが挙げられる。この場合、2つの入力導波路のTMモードによる偶モード又は奇モードから出力導波路のTMモード又はTMモードへの変換効率を計算することで、所望の損失を持つTMモードによる合波が可能となる。
[Effect 7]
The effect 7 according to the present invention include that which can be combined according to TM 0 mode. In this case, by calculating the conversion efficiency from the even mode or odd mode by the TM 0 mode of the two input waveguides to the TM 0 mode or TM 1 mode of the output waveguide, the total efficiency by the TM 0 mode having the desired loss can be calculated. Waves are possible.

(第2の実施形態)
<基板型光導波路素子>
次に、本発明の第2の実施形態として図15(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Aについて説明する。なお、図15(A)は、基板型光導波路素子101Aを示す平面図であり、図15(B)は、図15(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Aの断面図である。図15(C)は、図15(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Aの断面図である。また、以下の説明では、上記図1(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子1と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
(Second Embodiment)
<Substrate type optical waveguide device>
Next, a substrate type optical waveguide device 101A shown in FIGS. 15A, 15B, and 15C will be described as a second embodiment of the present invention. 15A is a plan view showing the substrate type optical waveguide device 101A, and FIG. 15B is a substrate type optical waveguide device according to the line segment Z 1 -Z 1 shown in FIG. 15A. It is sectional drawing of 101A. FIG. 15C is a cross-sectional view of the substrate-type optical waveguide element 101A along the line segment Z 2 -Z 2 shown in FIG. Moreover, in the following description, about the site | part equivalent to the board | substrate type | mold optical waveguide element 1 shown to the said FIG. 1 (A), (B), (C), while omitting description, the same code | symbol shall be attached | subjected in drawing. To do.

図15(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Aでは、第1のリブ部9,9Aと第2のリブ部10,10Aとの互いに対向する側面とは反対側の側面にスラブ部12Bが連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子1と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Y分岐導波路3の2つの入力導波路32,33は、第1のリブ部9,9Aと第2のリブ部10,10Aとの幅方向の両側にスラブ部12,12A,12Bが設けられることによって、リブ導波路を形成している。   In the substrate-type optical waveguide device 101A shown in FIGS. 15A, 15B, and 15C, the side surfaces of the first rib portions 9 and 9A and the second rib portions 10 and 10A opposite to each other are opposite to each other. The slab portion 12B is continuously provided on the side surface. The rest of the configuration is basically the same as that of the substrate-type optical waveguide device 1. That is, the two input waveguides 32 and 33 of the Y-branch waveguide 3 have slab portions 12, 12 A, and 12 B on both sides in the width direction of the first rib portions 9, 9 A and the second rib portions 10, 10 A. By being provided, a rib waveguide is formed.

本実施形態の基板型光導波路素子101Aでは、上記基板型光導波路素子1と同様の効果を得ることができる。また、入力導波路32,33をリブ導波路で形成した場合、2つの入力導波路32,33の結合係数は、矩形導波路の場合よりも高くなるため、損失が小さくなる。一方、リブ導波路は、リブ部の幅方向の両側にスラブ部が存在するため、リブ部の間のスラブ部だけでなく、その反対側のスラブ部にも光が大きく浸み出しことになる。したがって、リブ導波路の場合、2つの入力導波路32,33の結合係数は、半リブ導波路の場合よりも低くなるため、損失が大きくなる。しかしながら、リブ導波路の場合、導波路の側壁が少ないことから、側壁荒れによる損失の影響が小さい。この点で半リブ導波路よりも有利となる。   In the substrate type optical waveguide device 101A of the present embodiment, the same effects as those of the substrate type optical waveguide device 1 can be obtained. Further, when the input waveguides 32 and 33 are formed of rib waveguides, the coupling coefficient between the two input waveguides 32 and 33 is higher than that of the rectangular waveguide, and therefore the loss is reduced. On the other hand, since the rib waveguide has slab portions on both sides in the width direction of the rib portion, light oozes not only into the slab portion between the rib portions but also into the slab portion on the opposite side. . Therefore, in the case of the rib waveguide, the coupling coefficient between the two input waveguides 32 and 33 is lower than that in the case of the half-rib waveguide, so that the loss is increased. However, in the case of a rib waveguide, since the waveguide has few side walls, the influence of loss due to the side wall roughness is small. This is advantageous over the semi-rib waveguide.

(第3の実施形態)
<基板型光導波路素子>
次に、本発明の第3の実施形態として図16(A),(B)に示す基板型光導波路素子101Bについて説明する。なお、図16(A)は、基板型光導波路素子101Bを示す平面図であり、図16(B)は、基板型光導波路素子101Bが備えるテーパ導波路102を示す平面図である。また、以下の説明では、上記図1(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子1と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
(Third embodiment)
<Substrate type optical waveguide device>
Next, a substrate type optical waveguide device 101B shown in FIGS. 16A and 16B will be described as a third embodiment of the present invention. 16A is a plan view showing the substrate-type optical waveguide device 101B, and FIG. 16B is a plan view showing the tapered waveguide 102 provided in the substrate-type optical waveguide device 101B. Moreover, in the following description, about the site | part equivalent to the board | substrate type | mold optical waveguide element 1 shown to the said FIG. 1 (A), (B), (C), while omitting description, the same code | symbol shall be attached | subjected in drawing. To do.

本実施形態の基板型光導波路素子101Bは、第1の曲げ導波路15と第2の曲げ導波路16とに、それぞれテーパ導波路102が接続された構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子1と基本的に同じ構成を有している。   The substrate-type optical waveguide device 101B of this embodiment has a configuration in which a tapered waveguide 102 is connected to a first bent waveguide 15 and a second bent waveguide 16, respectively. The rest of the configuration is basically the same as that of the substrate-type optical waveguide device 1.

テーパ導波路102は、半リブ導波路と矩形導波路との間で、導波路構造が連続的に変化することによって、リブ導波路から半リブ導波路に変換(又は半リブ導波路からリブ導波路に変換)される導波路を形成している。   The tapered waveguide 102 is converted from a rib waveguide to a half-rib waveguide (or from a half-rib waveguide to a rib guide) by continuously changing the waveguide structure between the half-rib waveguide and the rectangular waveguide. A waveguide to be converted) is formed.

具体的に、このテーパ導波路102は、第1のリブ部9Aの第2のリブ部10Aと対向する側の側面に連続して設けられた第1のスラブ部12Cと、第2のリブ部10Aの第1のリブ部9Aと対向する側の側面に連続して設けられた第2のスラブ部12Dとを有している。第1のスラブ部12C及び第2のスラブ部12Dは、スラブ部12Aに連続して設けられ、且つ、それぞれの幅がスラブ部12Aに向かって連続的に大きくなっている。   Specifically, the tapered waveguide 102 includes a first slab portion 12C continuously provided on a side surface of the first rib portion 9A facing the second rib portion 10A, and a second rib portion. The first rib portion 9 </ b> A of 10 </ b> A and the second slab portion 12 </ b> D provided continuously on the side surface facing the 10 </ b> A. The first slab part 12C and the second slab part 12D are provided continuously to the slab part 12A, and the respective widths are continuously increased toward the slab part 12A.

第1のスラブ部12Cと第2のスラブ部12Dとは、第1のリブ部9Aと第2のリブ部10Aとの中途部から、一定のテーパ角を有して徐々に幅を拡大させながら、スラブ部12Aまで延長して設けられている。   The first slab part 12C and the second slab part 12D have a constant taper angle and gradually increase the width from the middle part of the first rib part 9A and the second rib part 10A. The slab part 12A is extended.

本実施形態の基板型光導波路素子101Bでは、上記基板型光導波路素子1と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の基板型光導波路素子101Bでは、テーパ導波路102を用いることで、矩形導波路と半リブ導波路との間でスラブ部12C,12Dの幅を連続的に変化させることができる。これにより、矩形導波路と半リブ導波路との接続が容易なものとなる。   In the substrate type optical waveguide device 101B of the present embodiment, the same effects as those of the substrate type optical waveguide device 1 can be obtained. Further, in the substrate type optical waveguide device 101B of the present embodiment, by using the tapered waveguide 102, the widths of the slab portions 12C and 12D can be continuously changed between the rectangular waveguide and the half-rib waveguide. it can. This facilitates the connection between the rectangular waveguide and the half-rib waveguide.

また、基板型光導波路素子101Bの変形例を図16(C)に示す。図16(C)に示す基板型光導波路素子101Bでは、第1の曲げ導波路15と第2の曲げ導波路16とが、所定の曲率で互いに離間する方向に直角に曲がって形成されている。この場合も、第1のスラブ部12C及び第2のスラブ部12Dは、スラブ部12Aに連続して設けられ、且つ、それぞれの幅がスラブ部12Aに向かって連続的に大きくなっている。   A modification of the substrate type optical waveguide device 101B is shown in FIG. In the substrate-type optical waveguide device 101B shown in FIG. 16C, the first bending waveguide 15 and the second bending waveguide 16 are formed by bending at a right angle in a direction away from each other with a predetermined curvature. . Also in this case, the first slab part 12C and the second slab part 12D are provided continuously to the slab part 12A, and the respective widths are continuously increased toward the slab part 12A.

一方、図16(D)に示すようなテーパ導波路103を用いた場合は、リブ導波路から半リブ導波路に変換される導波路構造、若しくは半リブ導波路からリブ導波路に変換される導波路構造が得られる。   On the other hand, when a tapered waveguide 103 as shown in FIG. 16D is used, the waveguide structure is converted from a rib waveguide to a half-rib waveguide, or converted from a half-rib waveguide to a rib waveguide. A waveguide structure is obtained.

(第4の実施形態)
<基板型光導波路素子>
次に、第4の実施形態として、図17(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Cについて説明する。なお、図17(A)は、基板型光導波路素子101Cを示す平面図であり、図17(B)は、図17(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Cの断面図である。図17(C)は、図17(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Cの断面図である。また、以下の説明では、上記図1(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子1と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
(Fourth embodiment)
<Substrate type optical waveguide device>
Next, as a fourth embodiment, a substrate type optical waveguide device 101C shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C will be described. FIG. 17A is a plan view showing the substrate type optical waveguide device 101C, and FIG. 17B is a substrate type optical waveguide device according to the line segment Z 1 -Z 1 shown in FIG. It is sectional drawing of 101C. FIG. 17C is a cross-sectional view of the substrate-type optical waveguide element 101C along the line segment Z 2 -Z 2 shown in FIG. Moreover, in the following description, about the site | part equivalent to the board | substrate type | mold optical waveguide element 1 shown to the said FIG. 1 (A), (B), (C), while omitting description, the same code | symbol shall be attached | subjected in drawing. To do.

図17(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Cでは、第3のリブ部11の両側の側面にスラブ部12Eが連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子1と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Y分岐導波路3の1つの出力導波路34は、第3のリブ部11の両側の側面にスラブ部12Eが設けられることによって、リブ導波路を形成している。   In the substrate-type optical waveguide device 101C shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, the slab portions 12E are continuously provided on the side surfaces on both sides of the third rib portion 11. The rest of the configuration is basically the same as that of the substrate-type optical waveguide device 1. That is, one output waveguide 34 of the Y branch waveguide 3 forms a rib waveguide by providing the slab portions 12E on the side surfaces on both sides of the third rib portion 11.

本実施形態の基板型光導波路素子101Cでは、上記基板型光導波路素子1と同様の効果を得ることができる。また、出力導波路34をリブ導波路により形成した場合、外部のリブ導波路に対する出力導波路34の接続が容易となり、導波路構造の変換が不要となるため、デバイス長を短くすることができる。また、上述した側壁荒れによる損失を小さくすることができる。   In the substrate type optical waveguide device 101C of the present embodiment, the same effects as those of the substrate type optical waveguide device 1 can be obtained. Further, when the output waveguide 34 is formed of a rib waveguide, the output waveguide 34 can be easily connected to an external rib waveguide, and conversion of the waveguide structure becomes unnecessary, so that the device length can be shortened. . Moreover, the loss due to the above-described side wall roughness can be reduced.

(第5の実施形態)
<基板型光導波路素子>
次に、第5の実施形態として、図18(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Dについて説明する。なお、図18(A)は、基板型光導波路素子101Dを示す平面図であり、図18(B)は、図18(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Dの断面図である。図18(C)は、図18(A)中に示す線分Z−Zによる基板型光導波路素子101Dの断面図である。また、以下の説明では、上記図1(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子1と同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
(Fifth embodiment)
<Substrate type optical waveguide device>
Next, as a fifth embodiment, a substrate type optical waveguide device 101D shown in FIGS. 18A, 18B, and 18C will be described. 18A is a plan view showing the substrate type optical waveguide device 101D, and FIG. 18B is a substrate type optical waveguide device according to the line segment Z 1 -Z 1 shown in FIG. 18A. It is sectional drawing of 101D. FIG. 18C is a cross-sectional view of the substrate-type optical waveguide element 101D along the line segment Z 2 -Z 2 shown in FIG. Moreover, in the following description, about the site | part equivalent to the board | substrate type | mold optical waveguide element 1 shown to the said FIG. 1 (A), (B), (C), while omitting description, the same code | symbol shall be attached | subjected in drawing. To do.

図18(A),(B),(C)に示す基板型光導波路素子101Dでは、第1のリブ部9,9Aと第2のリブ部10,10Aとの互いに対向する側面とは反対側の側面にスラブ部12Bと、第3のリブ部11の両側の側面にスラブ部12Eとがそれぞれ連続して設けられた構成となっている。それ以外は、上記基板型光導波路素子1と基本的に同じ構成を有している。すなわち、Y分岐導波路3の2つの入力導波路32,33は、第1のリブ部9,9Aと第2のリブ部10,10Aとの幅方向の両側にスラブ部12,12A,12Bが設けられることによって、リブ導波路を形成している。また、Y分岐導波路3の1つの出力導波路34は、第3のリブ部11の両側の側面にスラブ部12Eが設けられることによって、リブ導波路を形成している。   In the substrate-type optical waveguide device 101D shown in FIGS. 18A, 18B, and 18C, the side surfaces of the first rib portions 9 and 9A and the second rib portions 10 and 10A that are opposite to each other are opposite to each other. The slab portion 12B and the slab portions 12E are provided continuously on the side surfaces on both sides of the third rib portion 11, respectively. The rest of the configuration is basically the same as that of the substrate-type optical waveguide device 1. That is, the two input waveguides 32 and 33 of the Y-branch waveguide 3 have slab portions 12, 12 A, and 12 B on both sides in the width direction of the first rib portions 9, 9 A and the second rib portions 10, 10 A. By being provided, a rib waveguide is formed. Further, one output waveguide 34 of the Y branch waveguide 3 forms a rib waveguide by providing slab portions 12E on both side surfaces of the third rib portion 11.

本実施形態の基板型光導波路素子101Dでは、上記基板型光導波路素子1と同様の効果を得ることができる。また、入力導波路32,33及び出力導波路34をリブ導波路により形成した場合、上記基板型光導波路素子101A及び上記基板型光導波路素子101Cと同様の効果を得ることができる。   In the substrate type optical waveguide device 101D of the present embodiment, the same effects as those of the substrate type optical waveguide device 1 can be obtained. Further, when the input waveguides 32 and 33 and the output waveguide 34 are formed of rib waveguides, the same effects as those of the substrate type optical waveguide device 101A and the substrate type optical waveguide device 101C can be obtained.

(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態として、図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器(MZM:Mach-Zehnder Modulator)50A及びそのモニター構造と、図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50B及びそのモニター構造とについて説明する。なお、図19(A)は、マッハツェンダ型光変調器50A及びそのモニター構造を示す模式図である。図19(B)は、マッハツェンダ型光変調器50B及びそのモニター構造を示す模式図である。
(Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment, a Mach-Zehnder optical modulator (MZM) 50A shown in FIG. 19A and its monitor structure, and a Mach-Zehnder optical modulator 50B shown in FIG. The monitor structure will be described. FIG. 19A is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder optical modulator 50A and its monitor structure. FIG. 19B is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder optical modulator 50B and its monitor structure.

図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器50Aは、光が入力される入力部51と、入力部51から入力された光を分波する分波部52と、分波部52で分波された光を位相変調する2つの位相変調部53,54と、2つの位相変調部53,54で位相変調された光を合波する合波部55と、合波部55で合波された光を出力する出力部56とを備えている。   A Mach-Zehnder optical modulator 50A shown in FIG. 19A includes an input unit 51 to which light is input, a demultiplexing unit 52 that demultiplexes light input from the input unit 51, and demultiplexing by the demultiplexing unit 52. Two phase modulation units 53 and 54 that phase-modulate the modulated light, a multiplexing unit 55 that combines the light phase-modulated by the two phase modulation units 53 and 54, and a multiplexing unit 55 And an output unit 56 that outputs light.

図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器50Aでは、合波部55に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。   In the Mach-Zehnder type optical modulator 50A shown in FIG. 19A, by using the substrate type optical waveguide device 1 including the Y branch waveguide 3 for the multiplexing unit 55, low loss multiplexing is possible. ing.

また、図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器50Aでは、出力部56の後段に位置して、TEモードの光を分離する高次モードスプリッタ57と、高次モードスプリッタで分離されたTEモードの光を検出する光検出器(PD:Photo Detector)58とを配置したモニター構造を採用している。 Further, in the Mach-Zehnder optical modulator 50A shown in FIG. 19A, the high-order mode splitter 57 that separates the TE 1- mode light and is separated by the high-order mode splitter is positioned after the output unit 56. A monitor structure in which a photodetector (PD: Photo Detector) 58 for detecting light in TE 1 mode is arranged is employed.

このモニター構造では、TEモードの光(図19(A)中の矢印TEで表す。)と、TEモードの光(図19(A)中の矢印TEで表す。)とが、出力部56から同時に出力されるとき、TEモードの光を分離して検出する。具体的に、このモニター構造では、光変調器50Aで光が打ち消し合う場合にTEモードの光が発生することを利用して、このTEモードの光を高次モードスプリッタ57で分離した後、この分離されたTEモードの光を光検出器58が検出し、電気信号に変換することで、光変調器50Aの駆動条件をモニターすることができる。 In this monitor structure, TE 0 mode light (represented by an arrow TE 0 in FIG. 19A) and TE 1 mode light (represented by an arrow TE 1 in FIG. 19A) are: When simultaneously output from the output unit 56, the light in the TE 1 mode is separated and detected. Specifically, in this monitoring structure, by utilizing the fact that the TE 1 mode of light occurs when the light is canceled by the optical modulator 50A, after separation of the light of the TE 1 mode in higher mode splitter 57 The light detector 58 detects the separated TE 1- mode light and converts it into an electrical signal, so that the driving condition of the optical modulator 50A can be monitored.

図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器50Aでは、合波部55に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光だけでなく、TEモードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、光検出器58で検出されるTEモードの光のパワーが大きくなるため、ノイズに強い、より正確なモニター制御を効率良く行うことができる。 In the Mach-Zehnder optical modulator 50A shown in FIG. 19A, by using the substrate-type optical waveguide device 1 including the Y branch waveguide 3 for the multiplexing unit 55, not only the TE 0 mode light, The TE 1 mode light can also be generated with low loss. Therefore, in this monitor structure, since the power of the TE 1 mode light detected by the photodetector 58 is increased, more accurate monitor control resistant to noise can be efficiently performed.

図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bは、光が入力される第1の入力部51Aと、第1の入力部51Aから入力された光を分波する第1の分波部52Aと、第1の分波部52Aで分波された光を位相変調する2つの位相変調部53,54と、2つの位相変調部53,54で位相変調された光を合波する第1の合波部55Aと、第1の合波部55Aで合波された光を出力する第1の出力部56Aとをそれぞれ有する第1の光変調部59及び第2の光変調部60とを備えている。   A Mach-Zehnder optical modulator 50B shown in FIG. 19B includes a first input unit 51A to which light is input and a first demultiplexing unit 52A that demultiplexes the light input from the first input unit 51A. And two phase modulation units 53 and 54 that phase-modulate the light demultiplexed by the first demultiplexing unit 52A, and the first light that is phase-modulated by the two phase modulation units 53 and 54. A first light modulation unit 59 and a second light modulation unit 60 each including a multiplexing unit 55A and a first output unit 56A that outputs the light combined by the first multiplexing unit 55A are provided. ing.

また、図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bは、第1の光変調部59及び第2の光変調部60の前段に位置して、光が入力される第2の入力部51Bと、第2の入力部51Bから入力された光を第1の光変調部59の第1の入力部51A側と第2の光変調部60の第1の入力部51A側とに分波する第2の分波部52Bと、第1の光変調部59及び第2の光変調部60の後段に位置して、第1の光変調部59の第1の出力部56Aから出力された光と、第2の光変調部60の第1の出力部56Aから出力された光とを合波する第2の合波部55Bと、第2の合波部55Bで合波された光を出力する第2の出力部56Bとを備えている。   Also, the Mach-Zehnder type optical modulator 50B shown in FIG. 19B is positioned in front of the first light modulation unit 59 and the second light modulation unit 60, and the second input unit 51B to which light is input. And demultiplexing the light input from the second input unit 51B to the first input unit 51A side of the first light modulation unit 59 and the first input unit 51A side of the second light modulation unit 60. Light output from the first output unit 56 </ b> A of the first light modulation unit 59, located after the second demultiplexing unit 52 </ b> B, the first light modulation unit 59, and the second light modulation unit 60. And the light output from the first output unit 56A of the second light modulation unit 60 is combined with the second combining unit 55B, and the light combined with the second combining unit 55B is output. Second output unit 56B.

さらに、図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bは、第1の光変調部59と第2の光変調部60との何れか一方(本実施形態では第2の光変調部60)の第1の合波部55Aから出力された光の位相差を調整する位相調整部61を備えている。   Further, the Mach-Zehnder type optical modulator 50B shown in FIG. 19B is one of the first light modulation unit 59 and the second light modulation unit 60 (the second light modulation unit 60 in the present embodiment). The phase adjusting unit 61 for adjusting the phase difference of the light output from the first multiplexing unit 55A is provided.

図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bでは、第1の合波部55Aと第2の合波部55Bとの何れか(本実施形態では第2の合波部55B)に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。   In the Mach-Zehnder optical modulator 50B shown in FIG. 19B, either the first multiplexing unit 55A or the second multiplexing unit 55B (the second multiplexing unit 55B in the present embodiment) is connected to the above. By using the substrate type optical waveguide device 1 provided with the Y branching waveguide 3, low loss multiplexing is possible.

また、図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bでは、上記図19(A)に示すマッハツェンダ型光変調器50Aと同様に、第2の出力部56Bの後段に位置して、高次モードスプリッタ57と、光検出器58とを配置したモニター構造を採用している。   Further, in the Mach-Zehnder type optical modulator 50B shown in FIG. 19B, similarly to the Mach-Zehnder type optical modulator 50A shown in FIG. 19A, the Mach-Zehnder type optical modulator 50B is located at the subsequent stage of the second output unit 56B. A monitor structure in which a mode splitter 57 and a photodetector 58 are arranged is adopted.

このモニター構造では、TEモードの光(図19(B)中の矢印TEで表す。)と、TEモードの光(図19(B)中の矢印TEで表す。)とが、第2の出力部56Bから同時に出力されるとき、TEモードの光を分離して検出する。具体的に、このモニター構造では、光変調器50Bで光が打ち消し合う場合にTEモードの光が発生することを利用して、このTEモードの光を高次モードスプリッタ57で分離した後、この分離されたTEモードの光を光検出器58が検出し、電気信号に変換することで、光変調器50Bの駆動条件をモニターすることができる。 In this monitor structure, TE 0 mode light (represented by an arrow TE 0 in FIG. 19B) and TE 1 mode light (represented by an arrow TE 1 in FIG. 19B). When simultaneously output from the second output unit 56B, the TE 1 mode light is separated and detected. Specifically, in this monitoring structure, by utilizing the fact that the TE 1 mode of light occurs when the light is canceled by the optical modulator 50B, after separation of the light of the TE 1 mode in higher mode splitter 57 The light detector 58 detects the separated TE 1- mode light and converts it into an electric signal, so that the driving condition of the optical modulator 50B can be monitored.

図19(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50Bでは、第1の合波部55Aと第2の合波部55Bとの何れか(本実施形態では第2の合波部55B)に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光だけでなく、TEモードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、光検出器58で検出されるTEモードの光のパワーが大きくなるため、ノイズに強い、より正確なモニター制御を効率良く行うことができる。 In the Mach-Zehnder optical modulator 50B shown in FIG. 19B, either the first multiplexing unit 55A or the second multiplexing unit 55B (the second multiplexing unit 55B in the present embodiment) is connected to the above. By using the substrate-type optical waveguide device 1 including the Y branch waveguide 3, not only TE 0 mode light but also TE 1 mode light can be generated with low loss. Therefore, in this monitor structure, since the power of the TE 1 mode light detected by the photodetector 58 is increased, more accurate monitor control resistant to noise can be efficiently performed.

(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態として、図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70A及びそのモニター構造と、図20(B)に示すマッハツェンダ型光変調器70B及びそのモニター構造とについて説明する。なお、図20(A)は、マッハツェンダ型光変調器70A及びそのモニター構造を示す模式図である。図20(B)は、マッハツェンダ型光変調器70B及びそのモニター構造を示す模式図である。また、以下の説明では、上記図20(A),(B)に示すマッハツェンダ型光変調器50A,50Bと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
(Seventh embodiment)
Next, as a seventh embodiment, a Mach-Zehnder optical modulator 70A shown in FIG. 20A and its monitor structure, and a Mach-Zehnder optical modulator 70B shown in FIG. 20B and its monitor structure will be described. . FIG. 20A is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder optical modulator 70A and its monitor structure. FIG. 20B is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder optical modulator 70B and its monitor structure. In the following description, parts equivalent to those of the Mach-Zehnder type optical modulators 50A and 50B shown in FIGS. 20A and 20B are not described and are given the same reference numerals in the drawings.

図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aは、上記光変調器50Aの構成に加えて、更に、合波部55から出力された光の位相差を調整する位相調整部61を備えている。   A Mach-Zehnder optical modulator 70A shown in FIG. 20A further includes a phase adjustment unit 61 that adjusts the phase difference of the light output from the multiplexing unit 55 in addition to the configuration of the optical modulator 50A. Yes.

図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aでは、合波部55に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。   In the Mach-Zehnder optical modulator 70A shown in FIG. 20A, by using the substrate type optical waveguide device 1 including the Y branch waveguide 3 for the multiplexing unit 55, low loss multiplexing is possible. ing.

また、図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aでは、出力部56の後段に位置して、TEモードの光をTMモードの光に変換する高次偏波変換部71と、TEモードの光を分離する偏波ビームスプリッタ(PBS:Polarizing Beam Splitter)72と、偏波ビームスプリッタ72で分離されたTEモードの光を検出する光検出器58とを配置したモニター構造を採用している。 Further, in the Mach-Zehnder type optical modulator 70A shown in FIG. 20A, a high-order polarization conversion unit 71 that is positioned after the output unit 56 and converts TE 1 mode light into TM 0 mode light; polarization beam splitter for separating the light of the TE 0 mode: and (PBS Polarizing beam splitter) 72, a monitor structure in which a photodetector 58 disposed to detect the light of the polarization beam splitter 72 in an isolated TE 0 mode Adopted.

このモニター構造では、TEモードの光(図20(A)中の矢印TEで表す。)と、TEモードの光(図20(A)中の矢印TEで表す。)とが、出力部56から同時に出力されるとき、TEモードの光をTMモード(図20(A)中の矢印TMで表す。)の光に変換した後、TEモードの光を分離して検出する。 In this monitor structure, TE 0 mode light (represented by an arrow TE 0 in FIG. 20A) and TE 1 mode light (represented by an arrow TE 1 in FIG. 20A) are: When simultaneously output from the output unit 56, the TE 1 mode light is converted into TM 0 mode light (represented by the arrow TM 0 in FIG. 20A), and then the TE 0 mode light is separated. To detect.

具体的に、このモニター構造では、光変調器70Aで光が打ち消し合う場合にTEモードの光が発生することを利用して、このTEモードの光を高次偏波変換部71でTMモードの光に変換して出力する。高次偏波変換部71としては、例えば、下記参考文献[1](Daoxin Dai, et al., "Novel concept for ultracompact polarization splitter-rotator based on silicon nanowires," Optics Express, Vol. 19, No. 11, 2011, 10940-10949)や、特願2013−135490に開示されている高次偏波変換素子を用いることができる。 Specifically, in this monitoring structure, by utilizing the fact that the TE 1 mode of light occurs when the light is canceled by the optical modulator 70A, the light of the TE 1 mode high-order polarization conversion unit 71 TM It converts to 0 mode light and outputs. As the high-order polarization converter 71, for example, the following reference [1] (Daoxin Dai, et al., “Novel concept for ultracompact polarization splitter-rotator based on silicon nanowires,” Optics Express, Vol. 11, 2011, 10940-10949) and a high-order polarization conversion element disclosed in Japanese Patent Application No. 2013-135490 can be used.

高次偏波変換部71では、TEモードの光が入力された場合は、他の導波モードへの変換は行われない。このため、光変調器70Aで発生したTEモードの光は、高次偏波変換部71の後段にそのまま出力される。その後、高次偏波変換部71から出力されたTEモードの光とTMモードの光とを偏波ビームスプリッタ72で分離する。そして、分離されたTEモードの光を光検出器58が検出し、電気信号に変換することで、光変調器70Aの駆動条件をモニターすることができる。 In the high-order polarization conversion unit 71, when light in the TE 0 mode is input, conversion into another waveguide mode is not performed. Therefore, the TE 0 mode light generated by the optical modulator 70A is output as it is to the subsequent stage of the high-order polarization converter 71. Thereafter, the TE 0 mode light and the TM 0 mode light output from the high-order polarization converter 71 are separated by the polarization beam splitter 72. The separated light of TE 0 mode is detected by the photodetector 58 and converted into an electric signal, so that the driving condition of the optical modulator 70A can be monitored.

図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aでは、合波部55に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光だけでなく、TEモードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、高次偏波変換部71から出力されるモニター用のTEモードの光と、信号用のTMモードの光とのパワーを高く維持できる。 In the Mach-Zehnder optical modulator 70A shown in FIG. 20A, by using the substrate-type optical waveguide device 1 including the Y-branch waveguide 3 for the multiplexing unit 55, not only TE 0 mode light, The TE 1 mode light can also be generated with low loss. Therefore, in this monitor structure, the power of the monitoring TE 0 mode light output from the high-order polarization converter 71 and the signal TM 0 mode light can be maintained high.

図20(B)に示すマッハツェンダ型光変調器70Bは、上記光変調器50Bの構成を備えている。図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aでは、第1の合波部55Aと第2の合波部55Bとの何れか(本実施形態では第2の合波部55B)に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、低損失な合波が可能となっている。   A Mach-Zehnder optical modulator 70B shown in FIG. 20B has the configuration of the optical modulator 50B. In the Mach-Zehnder optical modulator 70A shown in FIG. 20A, either the first multiplexing unit 55A or the second multiplexing unit 55B (the second multiplexing unit 55B in the present embodiment) is connected to the above By using the substrate type optical waveguide device 1 provided with the Y branching waveguide 3, low loss multiplexing is possible.

また、図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Bでは、上記図20(A)に示すマッハツェンダ型光変調器70Aと同様に、第2の出力部56Bの後段に位置して、高次偏波変換部71と、偏波ビームスプリッタ72と、光検出器58とを配置したモニター構造を採用している。   Further, in the Mach-Zehnder type optical modulator 70B shown in FIG. 20A, similarly to the Mach-Zehnder type optical modulator 70A shown in FIG. A monitor structure in which a polarization converter 71, a polarization beam splitter 72, and a photodetector 58 are arranged is employed.

このモニター構造では、TEモードの光(図20(B)中の矢印TEで表す。)と、TEモードの光(図20(B)中の矢印TEで表す。)とが、出力部56から同時に出力されるとき、TEモードの光をTMモード(図20(B)中の矢印TMで表す。)の光に変換した後、TEモードの光を分離して検出する。 In this monitor structure, TE 0 mode light (represented by an arrow TE 0 in FIG. 20B) and TE 1 mode light (represented by an arrow TE 1 in FIG. 20B) are: When simultaneously output from the output unit 56, the TE 1 mode light is converted into TM 0 mode light (represented by the arrow TM 0 in FIG. 20B), and then the TE 0 mode light is separated. To detect.

具体的に、このモニター構造では、光変調器70Bで光が打ち消し合う場合にTEモードの光が発生することを利用して、このTEモードの光を高次偏波変換部71でTMモードの光に変換して出力する。高次偏波変換部71では、TEモードの光が入力された場合は、他の導波モードへの変換は行われない。このため、光変調器70Bで発生したTEモードの光は、高次偏波変換部71の後段にそのまま出力される。その後、高次偏波変換部71から出力されたTEモードの光とTMモードの光とを偏波ビームスプリッタ72で分離する。そして、分離されたTEモードの光を光検出器58が検出し、電気信号に変換することで、光変調器70Bの駆動条件をモニターすることができる。 Specifically, in this monitoring structure, by utilizing the fact that the TE 1 mode of light occurs when the light is canceled by the optical modulator 70B, the light of the TE 1 mode high-order polarization conversion unit 71 TM It converts to 0 mode light and outputs. In the high-order polarization conversion unit 71, when light in the TE 0 mode is input, conversion into another waveguide mode is not performed. Therefore, the TE 0 mode light generated by the optical modulator 70B is output as it is to the subsequent stage of the high-order polarization converter 71. Thereafter, the TE 0 mode light and the TM 0 mode light output from the high-order polarization converter 71 are separated by the polarization beam splitter 72. The separated light of the TE 0 mode is detected by the photodetector 58 and converted into an electric signal, so that the driving condition of the optical modulator 70B can be monitored.

図20(B)に示すマッハツェンダ型光変調器70Bでは、第1の合波部55Aと第2の合波部55Bとの何れか(本実施形態では第2の合波部55B)に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光だけでなく、TEモードの光も低損失に発生させることが可能である。したがって、このモニター構造では、高次偏波変換部71から出力されるモニター用のTEモードの光と、信号用のTMモードの光とのパワーを高く維持できる。 In the Mach-Zehnder optical modulator 70B shown in FIG. 20 (B), either the first multiplexing unit 55A or the second multiplexing unit 55B (the second multiplexing unit 55B in the present embodiment) is connected to the above. By using the substrate-type optical waveguide device 1 including the Y branch waveguide 3, not only TE 0 mode light but also TE 1 mode light can be generated with low loss. Therefore, in this monitor structure, the power of the monitoring TE 0 mode light output from the high-order polarization converter 71 and the signal TM 0 mode light can be maintained high.

(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態として、図21(A)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aと、図21(B)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Bとについて説明する。なお、図21(A)は、マッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aを示す模式図である。図21(B)は、マッハツェンダ型出力偏波変換素子80Bを示す模式図である。
(Eighth embodiment)
Next, as an eighth embodiment, a Mach-Zehnder output polarization conversion element 80A shown in FIG. 21A and a Mach-Zehnder output polarization conversion element 80B shown in FIG. 21B will be described. FIG. 21A is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder output polarization conversion element 80A. FIG. 21B is a schematic diagram showing a Mach-Zehnder output polarization conversion element 80B.

図21(A)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aは、光が入力される入力部81と、入力部81から入力された光を分波する分波部82と、分波部82で分波された光を合波する合波部83と、合波部83で合波された光を出力する出力部84とを有するマッハツェンダ干渉計(MZI:Mach-Zehnder Interferometer)85を備えている。   A Mach-Zehnder type output polarization conversion element 80A shown in FIG. 21A includes an input unit 81 to which light is input, a demultiplexing unit 82 for demultiplexing light input from the input unit 81, and a demultiplexing unit 82. A Mach-Zehnder Interferometer (MZI) 85 having a multiplexing unit 83 that combines the demultiplexed light and an output unit 84 that outputs the light combined by the multiplexing unit 83 is provided. .

また、図21(A)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aは、TEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)と、TEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)とが出力部84から同時に出力されるとき、TEモードの光をTMモードの光に変換する高次偏波変換部86と、分波部82で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部87とを備えている。 Further, the Mach-Zehnder type output polarization conversion element 80A shown in FIG. 21A includes TE 0 mode light (represented by an arrow TE 0 in FIG. 21A) and TE 1 mode light (FIG. 21 (A)). A) is represented by the arrow TE 1 in FIG. 5B), and a high-order polarization conversion unit 86 that converts TE 1 mode light into TM 0 mode light, and a demultiplexing unit 82. And a phase adjusting unit 87 that adjusts the phase difference of any one of the lights demultiplexed in.

図21(A)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aでは、マッハツェンダ干渉計85の入力部81からTEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)が入力され、マッハツェンダ干渉計85の出力部84から出力される光の偏波モードを位相調整部87の調整によって、TEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)と、TMモードの光(図21(A)中の矢印TMで表す。)との何れかに切り替えることができる。 In the Mach-Zehnder type output polarization conversion element 80A shown in FIG. 21A, TE 0 mode light (indicated by the arrow TE 0 in FIG. 21A) is input from the input unit 81 of the Mach-Zehnder interferometer 85. The polarization mode of the light output from the output unit 84 of the Mach-Zehnder interferometer 85 is adjusted by the phase adjustment unit 87, and light in the TE 0 mode (represented by the arrow TE 0 in FIG. 21A) and TM 0. mode light can be switched to any of the (. represented by arrow TM 0 in FIG. 21 (a)).

図21(A)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Aでは、合波部83に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光とTMモードの光とを低損失に発生させることが可能である。したがって、この出力偏波変換素子80Aでは、最終的に出力されるTEモードの光とTMモードの光とのパワーを高めることができる。 In the Mach-Zehnder output polarization conversion element 80A shown in FIG. 21A, by using the substrate-type optical waveguide element 1 including the Y branch waveguide 3 for the multiplexing unit 83, TE 0 mode light and TM It is possible to generate zero- mode light with low loss. Therefore, in this output polarization conversion element 80A, the power of TE 0 mode light and TM 0 mode light that are finally output can be increased.

図21(B)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Bは、上記マッハツェンダ干渉計85の構成に、分波部82で分波された光を位相変調する2つの位相変調部88,89を追加することによって、光変調部(MZM)90が構成されている。   A Mach-Zehnder output polarization conversion element 80B shown in FIG. 21B has two phase modulators 88 and 89 for phase-modulating the light demultiplexed by the demultiplexing unit 82 in the configuration of the Mach-Zehnder interferometer 85. By doing so, an optical modulation unit (MZM) 90 is configured.

図21(B)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Bでは、光変調部90の入力部81からTEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)が入力され、光変調部90の出力部84から出力される光の偏波モードを位相調整部87の調整によって、TEモードの光(図21(A)中の矢印TEで表す。)と、TMモードの光(図21(A)中の矢印TMで表す。)との何れかに切り替えることができる。 In the Mach-Zehnder type output polarization conversion element 80B shown in FIG. 21B, TE 0 mode light (indicated by the arrow TE 0 in FIG. 21A) is input from the input unit 81 of the light modulation unit 90. The polarization mode of the light output from the output unit 84 of the light modulation unit 90 is adjusted by the phase adjustment unit 87, and light in the TE 0 mode (represented by the arrow TE 0 in FIG. 21A) and TM 0. mode light can be switched to any of the (. represented by arrow TM 0 in FIG. 21 (a)).

図21(B)に示すマッハツェンダ型出力偏波変換素子80Bでは、合波部83に、上記Y分岐導波路3を備えた基板型光導波路素子1を用いることによって、TEモードの光とTMモードの光とを低損失に発生させることが可能である。したがって、この出力偏波変換素子80Bでは、最終的に出力されるTEモードの光とTMモードの光とのパワーを高めることができる。 In the Mach-Zehnder type output polarization conversion element 80B shown in FIG. 21 (B), by using the substrate type optical waveguide element 1 having the Y branch waveguide 3 for the multiplexing unit 83, TE 0 mode light and TM It is possible to generate zero- mode light with low loss. Therefore, in this output polarization conversion element 80B, the power of the TE 0 mode light and the TM 0 mode light that are finally output can be increased.

なお、上記Y分岐導波路3では、出力導波路34の幅を調整することによって、TEモードの光とTMモードの光との損失を調整することができる。このため、出力偏波変換素子80A,80Bでの損失を加味して、最終的に出力されるTEモードの光とTMモードの光とのパワーのアンバランスを解消することも可能である。 In the Y branch waveguide 3, the loss between the TE 0 mode light and the TM 0 mode light can be adjusted by adjusting the width of the output waveguide 34. For this reason, it is possible to eliminate the power imbalance between the TE 0 mode light and the TM 0 mode light that are finally output in consideration of the loss in the output polarization conversion elements 80A and 80B. .

(その他の実施形態)
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、上記Y分岐導波路3を光の合波を行う合波導波路として用いる場合に限らず、上記Y分岐導波路3を光の分波を行う分波導波路として用いることも可能である。すなわち、上記Y分岐導波路3では、第3の導波路8、第4の導波路17及び直線導波路18から1つの入力導波路を構成し、第1の導波路6及び第1の曲げ導波路15と、第1の導波路6及び第1の曲げ導波路15とから2つの出力導波路を構成してもよい。上記Y分岐導波路3では、分波導波路として用いた場合でも、低損失な分波が可能である。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above embodiment, the Y branching waveguide 3 is not limited to being used as a multiplexing waveguide for multiplexing light, but the Y branching waveguide 3 may be used as a demultiplexing waveguide for demultiplexing light. Is possible. That is, in the Y branch waveguide 3, one input waveguide is constituted by the third waveguide 8, the fourth waveguide 17, and the straight waveguide 18, and the first waveguide 6 and the first bending guide are formed. Two output waveguides may be configured from the waveguide 15, the first waveguide 6, and the first bending waveguide 15. The Y branch waveguide 3 can perform low-loss demultiplexing even when used as a demultiplexing waveguide.

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。   Hereinafter, the effects of the present invention will be made clearer by examples. In addition, this invention is not limited to a following example, In the range which does not change the summary, it can change suitably and can implement.

(実施例1)
実施例1は、上記実施形態1の基板型光導波路素子1に対応した実施例であり、このY分岐導波路3における各部の寸法は、図22(A),(B),(C)に示すとおりである。なお、図22(A)は、その各部の寸法を示す平面図である。図22(B)は、その各部の寸法を示す図22(A)中の線分Z−Zによる入力導波路32,33の断面図である。図22(C)は、その各部の寸法を示す図22(A)中の線分Z−Zによる出力導波路34の断面図である。
Example 1
Example 1 is an example corresponding to the substrate-type optical waveguide device 1 of the first embodiment. The dimensions of each part in the Y-branch waveguide 3 are shown in FIGS. 22 (A), (B), and (C). It is shown. FIG. 22A is a plan view showing the dimensions of each part. FIG. 22B is a cross-sectional view of the input waveguides 32 and 33 along the line segment Z 3 -Z 3 in FIG. FIG. 22C is a cross-sectional view of the output waveguide 34 taken along the line segment Z 4 -Z 4 in FIG.

先ず、2つの入力導波路32,33の偶モードと奇モードとが、それぞれ出力導波路34のTEモードとTEモードとに変換されるときの出力導波路34(第3の導波路8)の幅X[nm]に対する過剰損失(=−変換効率[dB])の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図23に示す。なお、本シミュレーションの条件は、上記図22(A),(B),(C)に示す寸法とする以外は、上記図4に示す場合と同様である。本シミュレーションでは、計算は有限要素法(FEM)を用いて、突合せ結合部31による変換効率を計算している(上記式(1)の近似を行わない正確な計算による。)。 First, the output waveguide 34 (the third waveguide 8) when the even mode and the odd mode of the two input waveguides 32 and 33 are converted into the TE 0 mode and the TE 1 mode of the output waveguide 34, respectively. FIG. 23 shows a graph in which the change in excess loss (= −conversion efficiency [dB]) with respect to the width X [nm] is determined by simulation. The conditions for this simulation are the same as those shown in FIG. 4 except that the dimensions shown in FIGS. 22A, 22B, and 22C are used. In this simulation, the calculation is performed using the finite element method (FEM), and the conversion efficiency by the butt coupling unit 31 is calculated (by the accurate calculation that does not approximate the equation (1)).

なお、図23中のグラフにおいて、実線で示すTEは、偶モードからTEモードへの変換時の過剰損失を表し、破線で示すTEは、奇モードからTEモードへの変換時の過剰損失を表す。また、X=1100nmのとき、出力導波路34の一対の突出部11a,11bは無い場合である。 In the graph in FIG. 23, TE 0 indicated by a solid line represents excess loss during conversion from the even mode to the TE 0 mode, and TE 1 indicated by a broken line represents that during conversion from the odd mode to the TE 1 mode. Represents excess loss. Further, when X = 1100 nm, there is no pair of projecting portions 11a and 11b of the output waveguide 34.

図23に示すグラフから、X=1100nmのときから出力導波路34の幅Xが大きるに従って、電界分布の重なりが大きくなり、過剰損失が徐々に低下しながら、ある最小値を取ることがわかる。そこから更に、出力導波路34の幅Xが大きくなると、出力導波路34のTEモードの電界分布が広がることによって、今度は過剰損失が徐々に増加することがわかる。したがって、過剰損失を低減するためには、出力導波路34の幅Xを1100nmより大きくし(すなわち一対の突出部11a,11bがある状態とし)、なお且つ、あまり大きくし過ぎない方がよい。 From the graph shown in FIG. 23, it can be seen that as the width X of the output waveguide 34 increases from X = 1100 nm, the overlap of the electric field distribution increases, and the excessive loss gradually decreases and takes a certain minimum value. . From this, it can be seen that when the width X of the output waveguide 34 is increased, the TE 0 mode electric field distribution of the output waveguide 34 is widened, whereby the excess loss is gradually increased. Therefore, in order to reduce excess loss, it is preferable that the width X of the output waveguide 34 is made larger than 1100 nm (that is, a state where there is a pair of projecting portions 11a and 11b) and not too large.

そこで、TEモードの過剰損失が最小値を取る場合(X=約1500nm)を考える。この場合の過剰損失は、偶モードからTEモードへの変換で0.24dBとなり、奇モードからTEモードへの変換で0.32dBとなった。 Therefore, consider the case where the excessive loss in the TE 0 mode takes a minimum value (X = about 1500 nm). The excess loss in this case was 0.24 dB in the conversion from the even mode to the TE 0 mode, and 0.32 dB in the conversion from the odd mode to the TE 1 mode.

なお、TEモードの最小値は、TEモードが最小値を取る場合のX値とは一致しない。これは、TEモードでは、2つの入力導波路32,33の奇モードの2つのピークが、出力導波路34のTEモードの2つのピークに合うようなX値が最適値であるのに対し、TEモードでは、偶モードの中心からの広がりと、その程度を考慮してX値が定まるためであり、損失の低下の理由がそれぞれ異なるためである。このため、TEモードだけでなく、TEモードでも低損失に動作させたい場合は、要求仕様に応じてX値を適宜調整する必要がある。 Note that the TE 1 mode minimum value does not match the X value when the TE 0 mode takes the minimum value. This is because, in the TE 1 mode, the optimum X value is such that the two peaks of the odd mode of the two input waveguides 32 and 33 match the two peaks of the TE 1 mode of the output waveguide 34. On the other hand, in the TE 0 mode, the X value is determined in consideration of the spread from the center of the even mode and its degree, and the reason for the loss reduction is different. For this reason, when it is desired to operate not only in the TE 0 mode but also in the TE 1 mode, it is necessary to appropriately adjust the X value according to the required specifications.

次に、X=1500nmのときの過剰損失の波長依存性について、波長に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図24及び図25に示す。なお、図24は、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフであり、図25は、奇モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。 Next, regarding the wavelength dependence of excess loss when X = 1500 nm, graphs obtained by simulation of changes in excess loss with respect to wavelength are shown in FIGS. FIG. 24 is a graph showing excess loss at the time of conversion from the even mode to the TE 0 mode, and FIG. 25 is a graph showing excess loss at the time of conversion from the odd mode to the TE 1 mode.

また、図24及び図25に示すグラフにおいて、実線で示すTE,TEは、導波路幅の変化が0nmの場合(設計通りの場合)を表し、点線で示すTE,TEは、導波路幅が製造誤差により−30nmで変化した場合を表し、破線で示すTE,TEは、導波路幅が製造誤差により+30nmで変化した場合を表す。なお、導波路幅の変化は、Y分岐導波路を構成する全ての導波路幅が、幅方向の中心位置を保ったまま、対称に幅方向に変化した場合を想定している。これは、リソグラフィとエッチングによって製造する場合の典型的な製造誤差である。 In the graphs shown in FIGS. 24 and 25, TE 0 and TE 1 indicated by solid lines represent cases where the change in the waveguide width is 0 nm (as designed), and TE 0 and TE 1 indicated by dotted lines are The waveguide width is changed by −30 nm due to a manufacturing error, and TE 0 and TE 1 indicated by broken lines indicate the case where the waveguide width is changed by +30 nm due to a manufacturing error. The change in the waveguide width assumes a case where all the waveguide widths constituting the Y-branch waveguide change symmetrically in the width direction while maintaining the center position in the width direction. This is a typical manufacturing error when manufacturing by lithography and etching.

図24及び図25に示すグラフから、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失の変化は、波長1480〜1680nmの範囲で0.20dBとなった。また、導波路幅が±30nmで変動したとき、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失の変化は、波長1480〜1680nmの範囲で最大0.027dBとなった。 From the graphs shown in FIG. 24 and FIG. 25, the change in excess loss at the time of conversion from the even mode to the TE 0 mode was 0.20 dB in the wavelength range of 1480 to 1680 nm. When the waveguide width fluctuated by ± 30 nm, the change in excess loss during conversion from the even mode to the TE 0 mode was 0.027 dB at maximum in the wavelength range of 1480 to 1680 nm.

この結果は、後述する比較例1で示す非特許文献1に記載の矩形導波路を用いたY分岐導波路(上記図36(A)を参照。)の場合と比べて非常に小さい。   This result is very small compared to the case of the Y branch waveguide using the rectangular waveguide described in Non-Patent Document 1 shown in Comparative Example 1 described later (see FIG. 36A).

上記実施例1では、突合せ結合部31での変換効率を計算したが、実際は、曲げ導波路やテーパ部などの損失も計算する必要がある。しかしながら、一般的な議論として、曲げ導波路の曲率を大きくしたり、テーパ部のテーパ長を長くしたりすることで、十分な低損失化が可能である。したがって、本実施例では、最も損失に影響する突合せ結合部31に限定して計算を行った。   In the first embodiment, the conversion efficiency at the butt coupling portion 31 is calculated, but actually, it is necessary to calculate the loss of the bent waveguide, the tapered portion, and the like. However, as a general argument, it is possible to sufficiently reduce the loss by increasing the curvature of the bent waveguide or increasing the taper length of the taper portion. Therefore, in this embodiment, the calculation is limited to the butt coupling portion 31 that most affects the loss.

次に、X=1500nmとし、TEモードの光を一方の入力導波路32に入力したときの出力導波路34から出力されるTEモードの光の過剰損失をシミュレーションにより計算した。そのときの電界分布を表すグラフを図26に示す。なお、波長は1580nmとし、計算にはFDTD(Finite-difference time-domain)法を用いた。 Next, the excess loss of the TE 0 mode light output from the output waveguide 34 when the TE 0 mode light is input to one input waveguide 32 with X = 1500 nm was calculated by simulation. FIG. 26 shows a graph representing the electric field distribution at that time. The wavelength was 1580 nm, and the FDTD (Finite-difference time-domain) method was used for the calculation.

出力導波路34から出力されるTEモードの光の過剰損失(3dBの原理損を除く。)は、0.23dBとなり、突合せ結合部31での過剰損失は、0.21dBとなった。このことから、突合せ結合部31の過剰損失が支配的であり、この値が全体の損失を示していることがわかる(但し、計算誤差により厳密な一致は見ていない。)。したがって、上記図23、図24及び図25に示すグラフの結果においても、突合せ結合部31の過剰損失を全体の損失と見なしても差し支えない。 The excess loss (excluding the 3 dB principle loss) of the TE 0 mode light output from the output waveguide 34 was 0.23 dB, and the excess loss at the butt coupling portion 31 was 0.21 dB. From this, it can be understood that the excess loss of the butt coupling portion 31 is dominant, and this value indicates the total loss (however, the exact match is not seen due to the calculation error). Therefore, in the graphs shown in FIGS. 23, 24 and 25, the excess loss of the butt coupling portion 31 can be regarded as the total loss.

なお、図26に示すグラフでは、突合せ結合部31においてTEモードの光だけでなくTEモードの光も発生しているため、合波後の電界分布は、TEモードの光とTEモードの光とが重畳したものとなり、複雑な様相を呈している。 In the graph shown in FIG. 26, not only the TE 0 mode light but also the TE 1 mode light is generated in the butt coupling unit 31, and thus the electric field distribution after the combination is TE 0 mode light and TE 1 mode light. It is a superposition of mode light and presents a complex aspect.

次に、合波後の電界分布をより明確に示すため、X=1500nmとし、TEモードの光を2つの入力導波路32,33に入力したときの位相差が0radの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフを図27に示し、位相差がπradの場合の電界分布をシミュレーションにより求めたグラフを図28に示す。 Next, in order to show the electric field distribution after the combination more clearly, the electric field distribution when X = 1500 nm and the phase difference when the TE 0 mode light is input to the two input waveguides 32 and 33 is 0 rad is shown. FIG. 27 shows a graph obtained by simulation, and FIG. 28 shows a graph obtained by simulation of the electric field distribution when the phase difference is π rad.

図27に示すグラフから、位相差が0radの場合は、2つの入力導波路32,33に入力した奇モードの位相が逆相になるため、互いに打ち消し合う。一方、偶モードの位相は同相となるため、互いに強め合う。その結果、出力導波路34では、TEモードの光が出力されず、合波後のTEモードの光を明確に見ることができる。一方、図28に示すグラフから、位相差がπradの場合は、出力導波路34において、TEモードの光が出力されず、合波後のTEモードの光を明確に見ることができる。
以上のように、実施例1の結果から、低損失な合波が可能であることが明らかとなった。
From the graph shown in FIG. 27, when the phase difference is 0 rad, the phases of the odd modes input to the two input waveguides 32 and 33 are opposite to each other, and thus cancel each other. On the other hand, since the phases of the even mode are in phase, they strengthen each other. As a result, in the output waveguide 34, TE 1 mode light is not output, and the combined TE 0 mode light can be clearly seen. On the other hand, from the graph shown in FIG. 28, when the phase difference is π rad, TE 0 mode light is not output in the output waveguide 34, and the combined TE 1 mode light can be clearly seen.
As described above, it has been clarified from the result of Example 1 that low-loss multiplexing is possible.

(比較例1)
比較例1は、上記非特許文献1に記載の矩形導波路を用いたY分岐導波路に対応した比較例であり、このY分岐導波路における各部の寸法は、図29(A),(B),(C)に示すとおりである。なお、図29(A)は、その各部の寸法を示す平面図である。図29(B)は、その各部の寸法を示す図29(A)中の線分Z’−Z’による入力導波路の断面図である。図29(C)は、その各部の寸法を示す図29(A)中の線分Z’−Z’による出力導波路の断面図である。すなわち、比較例1におけるY分岐導波路の各部の寸法は、実施例1におけるY分岐導波路の各部の寸法と同じである。また、過剰損失の計算は、突合せ結合部31のものを用いている。
(Comparative Example 1)
Comparative Example 1 is a comparative example corresponding to a Y-branch waveguide using a rectangular waveguide described in Non-Patent Document 1, and the dimensions of each part in this Y-branch waveguide are shown in FIGS. ), As shown in (C). FIG. 29A is a plan view showing the dimensions of each part. FIG. 29B is a cross-sectional view of the input waveguide taken along line Z 3 ′ -Z 3 ′ in FIG. 29A showing the dimensions of each part. FIG. 29C is a cross-sectional view of the output waveguide taken along line Z 4 ′ -Z 4 ′ in FIG. 29A showing the dimensions of the respective parts. That is, the dimension of each part of the Y branch waveguide in Comparative Example 1 is the same as the dimension of each part of the Y branch waveguide in Example 1. The excess loss is calculated using the butt coupling portion 31.

先ず、上記図23に示す場合と同様に、上記非特許文献1に記載の矩形導波路を用いたY分岐導波路について、出力導波路の幅X[nm]に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図30に示す。なお、図30に示すグラフの見方は、上記図23に示す場合と同様である。   First, similarly to the case shown in FIG. 23, for the Y-branch waveguide using the rectangular waveguide described in Non-Patent Document 1, a change in excess loss with respect to the width X [nm] of the output waveguide is obtained by simulation. The graph is shown in FIG. Note that the way of viewing the graph shown in FIG. 30 is the same as that shown in FIG.

図30に示すグラフから、出力導波路の幅X[nm]に対する過剰損失の変化は、上記図23に示すグラフと同様の傾向が見られた。具体的には、X=約1850nmのとき、TEモードの過剰損失が最小値を取り、このときの過剰損失は、偶モードからTEモードへの変換で0.63dB、奇モードからTEモードへの変換で0.81dBとなった。 From the graph shown in FIG. 30, the same tendency as the graph shown in FIG. 23 was observed in the change of excess loss with respect to the width X [nm] of the output waveguide. Specifically, when X = about 1850 nm, the TE 0 mode excess loss has a minimum value, and the excess loss at this time is 0.63 dB in the conversion from the even mode to the TE 0 mode, and from the odd mode to the TE 1. Conversion to mode resulted in 0.81 dB.

この結果から、実施例1のY分岐導波路では、比較例1のY分岐導波路に比べて、低損損失での変換が可能であることがわかる。これは、実施例1のY分岐導波路の方が、2つの入力導波路の結合係数が大きく、偶モードが中央に寄った電界分布を持つためである。   From this result, it can be seen that the Y-branch waveguide of Example 1 can be converted with lower loss loss than the Y-branch waveguide of Comparative Example 1. This is because the Y branch waveguide of Example 1 has a larger electric field distribution with the coupling coefficient of the two input waveguides being larger and the even mode being closer to the center.

また、TEモードの過剰損失が最小となるX値は、実施例1では約1500nmであったのに対し、比較例1では約1850nmと大きくなっている。これは、矩形導波路では結合が弱く、偶モードの電界分布が中央より広がった点に分布するため、出力導波路の幅をより広めて、TEモードの分布を広げた場合の方が、結合が高まるためである。 Further, the X value at which the excess loss in the TE 0 mode is minimized is about 1500 nm in Example 1, whereas it is as large as about 1850 nm in Comparative Example 1. This is because the coupling in the rectangular waveguide is weak and the electric field distribution of the even mode is distributed at a point spread from the center. Therefore, when the width of the output waveguide is widened and the TE 0 mode distribution is widened, This is because bonding increases.

一方、奇モードでは、その電界分布の違いから最小となるX値は、実施例1と比較例1との間で偶モードほどの差は生じていない。このため、TEモード及びTEモードの過剰損失が最小となるX値は、その差が実施例1よりも比較例1の方が大きくなっている。したがって、実施例1では、比較例1よりもTEモード及びTEモードの光を低損失に変換することが可能である(上記効果3を参照。)。 On the other hand, in the odd mode, the minimum X value due to the difference in the electric field distribution does not differ as much as the even mode between Example 1 and Comparative Example 1. For this reason, the X value at which the excess loss in the TE 0 mode and the TE 1 mode is minimized is larger in Comparative Example 1 than in Example 1. Therefore, in the first embodiment, it is possible to convert the light in the TE 0 mode and the TE 1 mode to a lower loss than in the first comparative example (see the above effect 3).

次に、上記図24及び図25に示す場合と同様に、上記非特許文献1に記載の矩形導波路を用いたY分岐導波路について、波長に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図31及び図32に示す。なお、図31は、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフであり、図32は、奇モードからTEモードへの変換時における過剰損失を表すグラフである。なお、図31及び図32に示すグラフの見方は、上記図24及び図25に示す場合と同様である。 Next, similarly to the case shown in FIG. 24 and FIG. 25, for the Y-branch waveguide using the rectangular waveguide described in Non-Patent Document 1, a graph obtained by simulating the change in excess loss with respect to wavelength is shown. 31 and FIG. FIG. 31 is a graph showing excess loss at the time of conversion from the even mode to the TE 0 mode, and FIG. 32 is a graph showing excess loss at the time of conversion from the odd mode to the TE 1 mode. Note that the way of viewing the graphs shown in FIGS. 31 and 32 is the same as that shown in FIGS.

図31及び図32に示すグラフから、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失の変化は、波長1480〜1680nmの範囲で0.61dBとなった。また、導波路幅が±30nmで変動したとき、偶モードからTEモードへの変換時における過剰損失の変化は、波長1480〜1680nmの範囲で最大0.19dBとなった。 From the graphs shown in FIGS. 31 and 32, the change in excess loss during conversion from the even mode to the TE 0 mode was 0.61 dB in the wavelength range of 1480 to 1680 nm. When the waveguide width fluctuated by ± 30 nm, the change in excess loss during conversion from the even mode to the TE 0 mode was 0.19 dB at maximum in the wavelength range of 1480 to 1680 nm.

この結果から、実施例1では、比較例1に比べて、製造誤差に強いことがわかる。これは、上記効果2による。
したがって、実施例1のY分岐導波路では、比較例1のY分岐導波路よりも優れていることが明らかとなった。
From this result, it can be seen that Example 1 is more resistant to manufacturing errors than Comparative Example 1. This is due to the above effect 2.
Therefore, it was revealed that the Y branch waveguide of Example 1 is superior to the Y branch waveguide of Comparative Example 1.

(実施例2)
実施例2は、上記第2の実施形態の基板型光導波路素子101に対応した実施例であり、このY分岐導波路における各部の寸法は、図33(A),(B),(C)に示すとおりである。なお、図33(A)は、その各部の寸法を示す平面図である。図33(B)は、その各部の寸法を示す図33(A)中の線分Z−Zによる断面図である。図33(C)は、その各部の寸法を示す図33(A)中の線分Z−Zによる断面図である。すなわち、実施例2におけるY分岐導波路の各部の寸法は、実施例1におけるY分岐導波路の各部の寸法と同じである。また、過剰損失の計算は、突合せ結合部31のものを用いている。
(Example 2)
Example 2 is an example corresponding to the substrate-type optical waveguide device 101 of the second embodiment, and the dimensions of each part in this Y-branch waveguide are shown in FIGS. 33 (A), (B), (C). As shown in FIG. 33A is a plan view showing the dimensions of each part. FIG. 33B is a cross-sectional view taken along line Z 5 -Z 5 in FIG. FIG. 33C is a cross-sectional view taken along line Z 6 -Z 6 in FIG. That is, the dimension of each part of the Y branch waveguide in the second embodiment is the same as the dimension of each part of the Y branch waveguide in the first embodiment. The excess loss is calculated using the butt coupling portion 31.

上記図23に示す場合と同様に、実施例2のY分岐導波路について、出力導波路の幅X[nm]に対する過剰損失の変化をシミュレーションにより求めたグラフを図34に示す。なお、図34に示すグラフの見方は、上記図23に示す場合と同様である。   Similarly to the case shown in FIG. 23, FIG. 34 shows a graph obtained by simulating the change in excess loss with respect to the width X [nm] of the output waveguide for the Y branch waveguide of Example 2. Note that the way of viewing the graph shown in FIG. 34 is the same as that shown in FIG.

図34に示すグラフから、出力導波路の幅X[nm]に対する過剰損失の変化は、上記図23に示すグラフと同様の傾向が見られた。具体的には、X=約1900nmのとき、TEモードの過剰損失が最小値を取り、このときの過剰損失は、偶モードからTEモードへの変換で0.32dB、奇モードからTEモードへの変換で0.49dBとなった。 From the graph shown in FIG. 34, the change in excess loss with respect to the width X [nm] of the output waveguide has the same tendency as the graph shown in FIG. Specifically, when X = about 1900 nm, the excess loss of the TE 0 mode takes the minimum value, and the excess loss at this time is 0.32 dB in the conversion from the even mode to the TE 0 mode, and from the odd mode to the TE 1. Conversion to mode resulted in 0.49 dB.

この結果から、実施例2のY分岐導波路では、比較例1のY分岐導波路に比べて、低損損失での変換が可能であることがわかる。一方、実施例1のY分岐導波路に比べて、損失が大きいことがわかる。   From this result, it can be seen that the Y-branch waveguide of Example 2 can be converted with lower loss loss than the Y-branch waveguide of Comparative Example 1. On the other hand, it can be seen that the loss is larger than that of the Y-branch waveguide of Example 1.

1,101A,101B…基板型光導波路素子 2…基板 3…Y分岐導波路 4…コア 5…クラッド 6…第1の導波路 7…第2の導波路 8…第3の導波路 9…第1のリブ部 10…第2のリブ部 11,11A,11B…第3のリブ部 11a,11b…突出部 12,12A,12B…スラブ部 12C…第1のスラブ部 12D…第2のスラブ部 13…下部クラッド 14…上部クラッド 15…第1の曲げ導波路 16…第2の曲げ導波路 17…第4の導波路 18…直線導波路 31…突合せ結合部(分岐導波路構造) 32,33…入力導波路 34…出力導波路 102,103…テーパ導波路
50A,50B,70A,70B…マッハツェンダ型光変調器 51…入力部 51A…第1の入力部 51B…第2の入力部 52…分波部 52A…第1の分波部 52B…第2の分波部 53,54…位相変調部 55…合波部 55A…第1の合波部 55B…第2の合波部 56…出力部 56A…第1の出力部 56B…第2の出力部 57…高次モードスプリッタ 58…光検出器 59…第1の光変調部 60…第2の光変調部 61…位相調整部 71…高次偏波変換部 72…偏波ビームスプリッタ
80A,80B…マッハツェンダ型出力偏波変換素子 81…入力部 82…分波部 83…合波部 84…出力部 85…マッハツェンダ干渉計 86…高次偏波変換部 87…位相調整部 88,89…位相変調部 90…光変調部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101A, 101B ... Substrate type optical waveguide element 2 ... Substrate 3 ... Y branching waveguide 4 ... Core 5 ... Cladding 6 ... First waveguide 7 ... Second waveguide 8 ... Third waveguide 9 ... First 1 rib part 10 ... 2nd rib part 11, 11A, 11B ... 3rd rib part 11a, 11b ... protrusion part 12, 12A, 12B ... slab part 12C ... 1st slab part 12D ... 2nd slab part DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Lower clad 14 ... Upper clad 15 ... 1st bending waveguide 16 ... 2nd bending waveguide 17 ... 4th waveguide 18 ... Linear waveguide 31 ... Butt coupling part (branch waveguide structure) 32, 33 ... Input waveguide 34 ... Output waveguide 102,103 ... Tapered waveguide 50A, 50B, 70A, 70B ... Mach-Zehnder optical modulator 51 ... Input part 51A ... First input part 51B ... Second input part 52 ... minute Wave part 52A ... 1st Demultiplexing unit 52B ... second demultiplexing unit 53,54 ... phase modulation unit 55 ... multiplexing unit 55A ... first multiplexing unit 55B ... second multiplexing unit 56 ... output unit 56A ... first output unit 56B ... Second output unit 57 ... High-order mode splitter 58 ... Photo detector 59 ... First light modulation unit 60 ... Second light modulation unit 61 ... Phase adjustment unit 71 ... High-order polarization conversion unit 72 ... Bias Wave beam splitters 80A, 80B ... Mach-Zehnder type output polarization conversion element 81 ... Input unit 82 ... Demultiplexing unit 83 ... Multiplexing unit 84 ... Output unit 85 ... Mach-Zehnder interferometer 86 ... High-order polarization conversion unit 87 ... Phase adjustment unit 88, 89 ... Phase modulation unit 90 ... Optical modulation unit

Claims (13)

基板の上に、コアと、前記コアを覆うと共に前記コアよりも屈折率が小さいクラッドと、を備える基板型光導波路素子であって、
互いに平行に並列した第1の導波路及び第2の導波路と、前記第1の導波路及び前記第2の導波路の一端に他端が接続された第3の導波路と、前記第3の導波路の一端に他端が接続された第4の導波路と、を有する分岐導波路構造を備え、
前記コアは、前記第1の導波路を形成する断面矩形状の第1のリブ部と、前記第2の導波路を形成する断面矩形状の第2のリブ部と、前記第3の導波路および前記第4の導波路を形成する断面矩形状の第3のリブ部と、前記第1のリブ部、前記第2のリブ部及び前記第3のリブ部よりも低い高さで、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部と前記第3のリブ部との間で共有されるスラブ部と、を有し、
前記第1の導波路及び前記第2の導波路は、前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の幅がそれぞれの長さ方向において一定となり、且つ、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔が前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の長さ方向において一定となる直線状の導波路を形成し、
前記第3の導波路は、前記第3のリブ部の幅方向の中心と前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の幅方向の中心とが一致し、且つ、前記第1のリブ部の幅と、前記第2のリブ部の幅と、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔との合計よりも前記第3のリブ部の幅が大きい直線状の導波路を形成し
前記第4の導波路は、前記第3の導波路に接続される側とは反対側に向かって前記第3のリブ部の幅が徐々に小さくなるテーパ状の導波路を形成し、
前記第3のリブ部のうち、前記第4の導波路の前記他端が形成された部分は、前記第3の導波路が形成された部分と同じ幅及び厚みであることを特徴とする基板型光導波路素子。
On a substrate, a substrate-type optical waveguide device comprising a core and a clad that covers the core and has a refractive index smaller than that of the core,
A first waveguide and a second waveguide in parallel in parallel with each other, and a third waveguide whose other end is connected to one end of said first waveguide and said second waveguide, the third A branch waveguide structure having a fourth waveguide with the other end connected to one end of the waveguide,
The core includes a first rib portion having a rectangular cross section forming the first waveguide, a second rib portion having a rectangular cross section forming the second waveguide, and the third waveguide. And a third rib portion having a rectangular cross section forming the fourth waveguide , and a height lower than the first rib portion, the second rib portion, and the third rib portion. A slab portion shared between one rib portion, the second rib portion, and the third rib portion,
In the first waveguide and the second waveguide, the widths of the first rib portion and the second rib portion are constant in the respective length directions, and the first rib portion and the second waveguide portion are Forming a linear waveguide in which the distance between the second rib portion is constant in the length direction of the first rib portion and the second rib portion;
In the third waveguide, the center in the width direction of the third rib portion coincides with the center in the width direction between the first rib portion and the second rib portion, and the third waveguide The width of the third rib portion is greater than the sum of the width of the first rib portion, the width of the second rib portion, and the distance between the first rib portion and the second rib portion. Forming a large linear waveguide ,
The fourth waveguide forms a tapered waveguide in which the width of the third rib portion gradually decreases toward the side opposite to the side connected to the third waveguide;
A portion of the third rib portion where the other end of the fourth waveguide is formed has the same width and thickness as the portion where the third waveguide is formed. Type optical waveguide element.
前記スラブ部は、前記第1のリブ部及び前記第2のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の基板型光導波路素子。   2. The substrate-type optical waveguide device according to claim 1, wherein the slab part is provided continuously on both sides in the width direction of the first rib part and the second rib part. 前記スラブ部は、前記第3のリブ部の幅方向の両側にそれぞれ連続して設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板型光導波路素子。   3. The substrate type optical waveguide device according to claim 1, wherein the slab portion is provided continuously on both sides in the width direction of the third rib portion. 4. 前記第1の導波路と前記第2の導波路との何れか一方又は両方の他端に一端が接続された曲げ導波路を有し、
前記曲げ導波路は、前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との何れか一方又は両方を面内で曲げることによって、その他端側から一端側に向かって前記第1のリブ部と前記第2のリブ部との間の間隔が連続的に小さくなる形状を有することを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の基板型光導波路素子。
A bending waveguide having one end connected to the other end of either or both of the first waveguide and the second waveguide;
The bending waveguide is formed by bending either one or both of the first rib portion and the second rib portion in a plane, so that the first rib portion 4. The substrate-type optical waveguide device according to claim 1, wherein the substrate-type optical waveguide device has a shape in which a distance between the second rib portion is continuously reduced.
前記曲げ導波路の他端に一端が接続されたテーパ導波路を有し、
前記テーパ導波路は、前記第1のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第1のスラブ部と、前記第2のリブ部の幅方向の片側又は両側に連続して設けられた第2のスラブ部とを有し、
前記第1のスラブ部と前記第2のスラブ部とは、前記スラブ部に連続して設けられ、且つ、それぞれの幅が前記スラブ部に向かって連続的に大きくなる形状を有することを特徴とする請求項4に記載の基板型光導波路素子。
A tapered waveguide having one end connected to the other end of the bending waveguide;
The taper waveguide is continuously provided on one side or both sides in the width direction of the first rib portion, and continuously on one side or both sides in the width direction of the second rib portion. A second slab portion provided,
The first slab part and the second slab part are provided continuously to the slab part, and each width has a shape that continuously increases toward the slab part. The substrate-type optical waveguide device according to claim 4.
前記コアがSiを含み、前記クラッドがSiOを含むことを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の基板型光導波路素子。 It said core comprises Si, planar optical waveguide device according to any one of claim 1 to 5, wherein the clad is characterized in that it comprises a SiO 2. 光が入力される入力部と、
前記入力部から入力された光を分波する分波部と、
前記分波部で分波された光を位相変調する少なくも1つ以上の位相変調部と、
前記位相変調部で位相変調された光を合波する合波部と、
前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を備え、
前記合波部に、請求項1〜の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする光変調器。
An input unit to which light is input;
A demultiplexing unit for demultiplexing the light input from the input unit;
At least one phase modulating unit for phase modulating the light demultiplexed by the demultiplexing unit;
A multiplexing unit for multiplexing the light phase-modulated by the phase modulation unit;
An output unit that outputs the light combined by the combining unit,
An optical modulator using the substrate type optical waveguide device according to any one of claims 1 to 6 for the multiplexing unit.
光が入力される第1の入力部と、前記第1の入力部から入力された光を分波する第1の分波部と、前記第1の分波部で分波された光を位相変調する少なくとも1つ以上の位相変調部と、前記位相変調部で位相変調された光を合波する第1の合波部と、前記第1の合波部で合波された光を出力する第1の出力部と、をそれぞれ有する第1の光変調部及び第2の光変調部と、
前記第1の光変調部及び前記第2の光変調部の前段に位置して、光が入力される第2の入力部と、前記第2の入力部から入力された光を前記第1の光変調部の第1の入力部側と前記第2の光変調部の第1の入力部側とに分波する第2の分波部と、
前記第1の光変調部及び前記第2の光変調部の後段に位置して、前記第1の光変調部の第1の出力部から出力された光と、前記第2の光変調部の第1の出力部から出力された光とを合波する第2の合波部と、前記第2の合波部で合波された光を出力する第2の出力部と、を備え、
前記第1の合波部と前記第2の合波部との何れに、請求項1〜の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする光変調器。
A first input unit to which light is input, a first demultiplexing unit for demultiplexing light input from the first input unit, and a phase of the light demultiplexed by the first demultiplexing unit Output at least one phase modulation unit to be modulated, a first multiplexing unit for multiplexing the light modulated by the phase modulation unit, and light combined by the first multiplexing unit A first light modulation unit and a second light modulation unit each having a first output unit;
A second input unit that is positioned before the first light modulation unit and the second light modulation unit and receives light input from the second input unit, and the first input unit receives light from the second input unit. A second demultiplexing unit that demultiplexes into a first input unit side of the light modulation unit and a first input unit side of the second light modulation unit;
The light output from the first output unit of the first light modulation unit, located after the first light modulation unit and the second light modulation unit, and the second light modulation unit A second combining unit that combines the light output from the first output unit, and a second output unit that outputs the light combined by the second combining unit,
An optical modulator comprising the substrate-type optical waveguide device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the substrate-type optical waveguide element is used in any of the first multiplexing unit and the second multiplexing unit.
前記第1の光変調部と前記第2の光変調部との何れか一方の前記第1の合波部から出力された光の位相差を調整する位相調整部を備えることを特徴とする請求項に記載の光変調器。 A phase adjustment unit that adjusts a phase difference of light output from the first multiplexing unit of any one of the first light modulation unit and the second light modulation unit. Item 9. The optical modulator according to Item 8 . 請求項7〜9の何れか一項に記載の光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で、実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光と、実効屈折率が2番目に高いモードを表すTEモードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記TEモードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、
前記出力部の後段に位置して、前記TEモードの光を分離する高次モードスプリッタと、
前記高次モードスプリッタで分離された前記TEモードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする光変調器のモニター構造。
10. The optical modulator according to claim 7 , wherein, in the TE mode in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate, the TE 0 mode light representing a mode having the largest effective refractive index; The TE 1 mode light representing the mode with the second highest effective refractive index is a monitor structure of an optical modulator that separates and detects the TE 1 mode light when it is simultaneously output from the output unit. And
A higher-order mode splitter, which is located at a subsequent stage of the output unit and separates the light of the TE 1 mode;
And a photodetector for detecting the TE 1 mode light separated by the high-order mode splitter.
請求項7〜9の何れか一項に記載の光変調器において、電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で、実効屈折率が1番大きいモードを表すTEモードの光と、実効屈折率が2番目に高いモードを表すTEモードの光とが、前記出力部から同時に出力されるとき、前記TEモードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるTMモードの中で実効屈折率が1番大きいモードを表すT モードの光に変換した後、前記TEモードの光を分離して検出する光変調器のモニター構造であって、
前記TEモードの光を前記T モードの光に変換する高次偏波変換部と、
前記TEモードの光を分離する偏波ビームスプリッタと、
前記偏波ビームスプリッタで分離された前記TEモードの光を検出する光検出器とを備えることを特徴とする光変調器のモニター構造。
10. The optical modulator according to claim 7 , wherein, in the TE mode in which the electric field is in the in-plane direction of the substrate, the TE 0 mode light representing a mode having the largest effective refractive index; , the TE 1 mode effective refractive index represents the high mode to the second and light, when it is simultaneously output from the output unit, the light of the TE 1 mode, the electric field of the TM mode which is perpendicular direction of the substrate A light modulator monitor structure for separating and detecting the TE 0 mode light after converting it to a T M 0 mode light representing a mode having the largest effective refractive index in the medium;
A higher-order polarization converter that converts the TE 1- mode light into the T M 0- mode light;
A polarization beam splitter for separating the TE 0 mode light;
And a photodetector for detecting the TE 0 mode light separated by the polarization beam splitter.
光が入力される入力部と、前記入力部から入力された光を分波する分波部と、前記分波部で分波された光を合波する合波部と、前記合波部で合波された光を出力する出力部と、を有するマッハツェンダ干渉計と、
電場が前記基板の面内方向となるTEモードの中で実効屈折率が2番目に高いモードを表すTEモードの光を、電場が前記基板の垂直方向となるTモードの中で実効屈折率が1番大きいモードを表すT モードの光に変換する高次偏波変換部と、
前記分波部で分波された光のうち何れか一方の光の位相差を調整する位相調整部と、を備え、
前記合波部に、請求項1〜の何れか一項に記載の基板型光導波路素子を用いることを特徴とする出力偏波変換素子。
An input unit to which light is input; a demultiplexing unit for demultiplexing the light input from the input unit; a multiplexing unit for multiplexing the light demultiplexed by the demultiplexing unit; and the multiplexing unit An Mach-Zehnder interferometer having an output unit for outputting the combined light;
The effective refractive effective index in the TE mode electric field is in-plane direction of the substrate is the light of TE 1 mode indicating a high mode second, in the T M mode in the electric field are perpendicular direction of the substrate A high-order polarization converter that converts light into a T M 0 mode representing the mode with the highest rate;
A phase adjustment unit that adjusts a phase difference of any one of the lights demultiplexed by the demultiplexing unit,
The output polarization conversion element characterized by using the substrate type optical waveguide element according to any one of claims 1 to 6 for the multiplexing part.
前記分波部で分波された光を位相変調する2つの位相変調部を備えることを特徴とする請求項12に記載の出力偏波変換素子。 13. The output polarization conversion element according to claim 12 , further comprising two phase modulation units that phase-modulate the light demultiplexed by the demultiplexing unit.
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